CN102007465B - 用于给处理器提供输入的方法和设备以及传感器垫 - Google Patents

Abstract

一种用于给处理器提供输入的设备，其包括传感器垫，该传感器垫具有表面和用于检测表面的压力并且产生对应于表面压力的信号的传感器阵列。传感器阵列具有由电阻材料覆盖的电极列和电极行，并且测量电极之间的垫表面上的压力，这些电阻材料填充在电极之间的空间中且用作电极之间的线性电阻。该传感器阵列具有由电阻材料覆盖的电极列和电极行，并且测量电极之间的垫表面上的压力，这些电阻材料填充在电极之间的空间中且用作电极之间的线性电阻。存在利用与传感器垫接触并且与传感器阵列进行通信的接口将信号传递至处理器的步骤，该接口耦合于该处理器。

Description

用于给处理器提供输入的方法和设备以及传感器垫

相关申请的交叉引用

该申请要求2008年2月28日提交的第61/067,405号美国临时申请和2008年10月17日提交的第61/196,508号美国临时申请的优先权。

发明领域

本发明涉及给处理器提供输入，包括传感器垫，其具有表面和用于检测表面的压力并且产生对应于表面压力的信号的传感器阵列。(如本文所使用的，对“本发明”或“发明”的参考涉及示例性的实施方式而不一定涉及所附权利要求涵盖的每个实施方式。)更具体地说，本发明涉及给处理器提供输入，包括传感器垫，其具有表面和用于检测表面压力并且产生对应于表面压力的信号的传感器阵列，其中传感器阵列具有由电阻材料覆盖的电极列和电极行，电极列和电极行的间距大于单个电极的宽度，电阻材料被放置在电极之间的空间中。

发明背景

这部分旨在给读者介绍可能与本发明的各个方面有关的技术领域的各个方面。下面的讨论旨在提供有助于更好地理解本发明的信息。因此，应该理解到，下面的讨论中的陈述将从这个角度进行阅读，而不是提供现有技术。

多点触控接口获得了越来越大的兴趣。最近已经开发的是检测像素的FTIR设备以及Microsoft最近介绍的MicrosoftSurface和Apple公司的具有多点触控屏的iPhone。这些设备缺少的是：在能够用于如台式PC或笔记本等普通计算设备的紧凑结构的情况下还具有非常低的成本。本发明是多点触控方法和设备，其可被用于各种计算设备中的任意一个来替代鼠标。它也可替代平板绘图设备(例如：Wacom绘图板)。优选地，它是低成本设备，其可与目前的鼠标设备的成本(例如：$30至$50)竞争。该设备是由传感器组成，其优选地包含传感器阵列或传感器网格(grid)。优选地，这将利用FSR技术(力敏电阻)或其它较低成本的传感技术完成。FSR传感器阵列的成本在每平方英尺$10的范围，并且可随时提供如32x32传感元件阵列。多路复用器和A/D转换器可被利用以将FSR或其它传感器阵列上的多个触摸转换为位置和压力数据流。较低成本的处理器可被用于处理原始数据。制造的总成本可能最终在$20的范围内。如下方法已经被提出，即，利用可从原始数据获得的信息和正在被处理的数据表示与设备接触的一个或多个手指的事实，将较低分辨率的位置数据和相关联的压力数据的时间采样流转换或映射为子像素分辨率位置数据。

这部分提供了对用于检测整个区域(图9)上的压力的最佳已知的现有技术中的一些的更详尽比较。这部分旨在给读者介绍可能与本发明的各个方面有关的技术领域的各个方面。下面的讨论旨在提供有助于更好地理解本发明的信息。因此，应该理解到，下面的讨论中的陈述将从这个角度进行阅读，而不是提供现有技术。

电容阵列——电容阵列传感器[14]最近由于如iPhone[1]等设备变得流行。这些传感器检测由于接近诸如金属或人体的一部分(体电容)等导体引起的电容的变化。然而，它们对于绝缘材料是不敏感的。这些类型的传感器不能直接检测压力，而是通过当顺应性电容对象压在它们上时表面积的变化检测压力的。因为这些类型的传感器需要维持一致电容，以避免错误激活，因此它们通常被安装在如玻璃等坚硬表面上。这些类型的传感器还需要复杂且昂贵的读数电子设备，其必须补偿杂散电容。为此，它们通常对于大输入设备规划不太好。

可压缩电容阵列——另一种形式的电容阵列传感器是由压力配置系统[10]产生的柔性传感器。在该传感器中，可压缩材料被放置在列电极和行电极之间。当压力被应用时，材料压缩，增加了行电极与列电极之间的AC信号的电容耦合。因为振荡信号必须被馈送至列电极并且在行电极处得到，因此这些传感器的一个缺点是复杂且昂贵的电极需要从阵列读取压力。其次，这些传感器可能受到环境中的杂散电容的影响。最后，与IMPAD不同，这些传感器不具有对被应用的力进行双线性插值的固有能力。因此，电极的极高分辨率或厚的力扩散材料必须被用于获得IMPAD可能具有的定位精度类型。

光学——用于对被施加于表面的力进行测量的另一类方法是光学方法，如感知像素的FTIR显示器[4]和MicrosoftSurface[7]所使用的方法。在FTIR方法中，特殊材料被放置在坚硬的透明表面上。在Microsoft的方法中，材料使光(通常IR)扩散传播通过它，而在检测像素的方法中，当力被应用时，材料使光在透明表面的平面中扩散传播。在这两种方法中，该扩散光然后由位于表面后的照相机获得。尽管这些方法对于大输入设备规划非常好，但是由于它们需要将材料放置在坚硬的玻璃上并且需要用于通畅的照相机视野的大量空间，因此它们受到限制。最后，这些方法容易受到杂散光的影响并且只能在没有突然的灯光变化的可控环境中被使用。

电阻表面——电阻表面传感器是POS(销售点)和由诸如EIoTouchsystem等公司生产的触摸屏设备中使用的最传统的传感器。与IMPAD相似，这些设备具有彼此接触的两个连续FSR材料片。然而，这些FSR材料片仅在边缘处相连，而不是具有电极行和电极列。因此，这些传感器只能检测所施加的压力的质心和总量，而不能区分多个压力点与单个压力点。

电阻阵列——电阻阵列传感器基本上是以网格形式排列的FSR单元阵列。这些传感器的一些实施例是由TekScan生产的阵列传感器和由JazzMutantLemur[5]使用的透明传感器。与IMPAD相似，这些传感器可通过列电极和行电极的网格被读取。然而，因为这些传感器不能被精确地用于确定被施加于相邻行或列之间的压力的位置，因此这些传感器利用离散的FSR元件而非连续的FSR材料片。因此，电极的极高分辨率或厚的力扩散材料必须被用于获得IMPAD可能具有的定位精度类型。

测压单元——在工业应用中，通常利用应变计的测压单元被用于将压力转换为电信号。然而，由于它们的较高成本，因此构造大的测压单元阵列以测量大区域上的压力分布是不切实际的。

图9：

1：在大尺寸时无成本效益。

2：在小尺寸时无成本效益。

3：在大尺寸时校正精度降低。

4：电容设备不能测力但可测量接触面积。

5：光学设备需要特殊橡胶表面涂层以测量压力。

6：这些设备中的一些形式可测量整个表面上的压力之和。

7：需要特殊硬件不断校正杂散电容。

8：由于杂散电容，因此触摸可插值。

9：连续定位要求大的对象或橡胶力扩散垫。

发明概述

本发明涉及用于给处理器提供输入的设备。该设备包括传感器垫，该传感器垫具有表面和用于感测表面的压力并且产生对应于表面压力的信号的传感器阵列。该传感器阵列具有由电阻材料覆盖的电极列和电极行并且测量电极之间的垫表面上的压力，所述电阻材料填充在电极之间的空间中且用作电极之间的线性电阻。该设备包括与传感器垫接触并且与传感器阵列进行通信的接口，其耦合于处理器以将信号传递至该处理器。

本发明涉及用于给处理器提供输入的方法。该方法包括利用具有表面和用于感测表面压力的传感器阵列的传感器垫来感测压力的步骤。存在利用传感器阵列产生对应于表面压力的信号的步骤，传感器阵列具有由电阻材料覆盖的电极列和电极行并且测量电极之间的垫表面上的压力，所述电阻材料填充在电极之间的空间中且用作电极之间的线性电阻。存在利用与传感器垫接触并且与传感器阵列进行通信的接口来将信号传递至处理器的步骤，所述接口耦合于所述处理器。

本发明涉及用于给处理器提供输入的设备。该设备包括传感器垫，该传感器垫具有表面和用于检测表面的压力并且产生对应于表面压力的信号的传感器阵列。该传感器阵列具有由电阻材料覆盖的电极列和电极行，电阻材料被放置在电极之间的空间中。该设备包括与传感器垫接触并且与传感器阵列进行通信的接口，其耦合于处理器以将信号传递至该处理器。

本发明涉及用于给处理器提供输入的方法。该方法包括利用具有表面和用于检测表面压力的传感器阵列的传感器垫来检测压力的步骤。存在利用传感器阵列产生对应于表面压力的信号的步骤。该传感器阵列具有由电阻材料覆盖的电极列和电极行并且测量电极之间的垫表面上的压力，所述电阻材料被放置在电极之间的空间中。存在利用与传感器垫接触并且与传感器阵列进行通信的接口将信号传递至处理器的步骤，所述接口耦合于所述处理器。

本发明涉及传感器垫。该垫包括表面。该垫包括用于检测表面的压力并且产生对应于表面压力的信号的传感器阵列。该传感器阵列具有由电阻材料覆盖的电极列和电极行，电阻材料被放置在电极之间的空间中。

本发明涉及用于给处理器提供输入的设备。该设备包括传感器垫，该传感器垫具有表面和用于感测表面的压力并且产生对应于表面压力的信号的装置。该感测装置具有由电阻材料覆盖的电极列和电极行，电阻材料被放置在电极之间的空间中。该设备包括与传感器垫接触并且与传感器阵列进行通信的接口，其耦合于处理器以将信号传递至该处理器。

附图的几个方面的简要说明

在附图中，本发明的优选实施方式和实践本发明的优选方法被示出，其中：

图1是根据本发明的传感器垫的装配图；

图2是与传感器垫的使用有关的示意图；

图3是传感器垫的使用示意图；

图4是传感器垫的电路图；

图5是示出了所有层的传感器垫的俯视图；

图6是传感器垫的底层的俯视图；

图7仅示出了传感器垫的VHB密封层；

图8仅示出了是传感器垫的顶层；

图9描述了现有技术；

图10是五个手指同时按压传感器垫的屏幕截图；

图11是五个手指同时按压传感器垫的屏幕截图；

图12示出了传感器垫的横截面图；

图13示出了电源线与其两个相邻线之间的电压相对于传感器垫上的力的线性下降；

图14示出了将手向下压在IMPAD上的用户；

图15是IMPAD的操作原理的示意图；

图16a示出了IMPAD上的脚；

图16b示出了显示在计算机屏幕上的由此产生的压迫像；

图17a示出了位于IMPAD上重块；

图17b示出了图16a的由此产生的压迫像；

图17c示出了当用户下压图17a的块的左上侧时的压迫像；

图18示出了IMPAD的操作原理；

图19a示出了离散传感器的阵列返回笔触及的错误位置；

图19b示出了IMPAD对两个连续传感器之间的信号进行插值以计算正确触摸位置；

图20是IMPAD的一个实施方式的示意图；

图21是小尺寸IMPAD的示意图；

图22是大的IMPAD的示意图；

图23是示出了当压力被施加于两个列电极和两个行电极之间的点处时四个不同传感器的输出的曲线图；

图24a示出了两个相邻行电极和两个相邻列电极之间的单个点上的压力；

图24b是关于图24a的示意性电路图；

图25示出了相当线性的输出与位置关系的曲线，它通过插入远大于Rc、Rr和Rr′的Rf的值得到的。

图26示出了较不线性的输出位置关系的曲线，它通过插入与Rc、Rr和Rr′幅度相近的Rf的值得到的。

图27a示出了未压缩的两层海绵导电材料；

图27b示出了压缩的两层海绵材料，其间具有增加的接触面积；

图28示出了传感器垫的纤维和布型编织结构的实施方式；

图29a、29b和29c示出了传感器垫的图示，其中，在图29a中每行/列有效，在图29b中每隔n行/列有效，和在图29c中只有第一行/列和最后行/列有效；

图30示出了被安排为2N个时间步长的传感器垫的时变的操作序列；

图31示出了在与行和列有关的单个点处正被触摸的表面的图示；

图32示出了这样的图示，其中一半的触摸是在连接器的左侧上，而另一半的触摸是在连接器的右侧上；

图33示出了放置在电极的两个层即1层和5层之间的转导橡胶材料的图示；

图34示出了在电极上印刷的FSR材料的带；

图35示出了平面电阻的图示，其由层2和层4生成并且可在每隔一个电极对之间被分离。

图36示出了具有氢醌(drone)电极的传感器垫的图示；

图37示出了本发明的透明网格的实施方式；

图38示出了具有对角传导线的NxN传感器；

图39示出了图38的实施方式，其中只有瓦片(tile)是有效的；

图40示出了本发明的另一个实施方式；

图41是示出了可如何利用电容器将氢醌导体连接于有效线路以将电阻传感和电容传感相结合；

图42是示出了可如何利用传感器后部上的返回导线形成氢醌电感应圈；

图43示出了通过扭曲网格制成的圆形UnMousePad的垂直电极的布局；

图44示出了通过扭曲网格制成的圆形UnMousePad的水平电极的布局；

图45示出了通过扭曲网格制成的圆形UnMousePad的垂直电极和氢醌线的布局；

图46示出了通过扭曲网格制成的圆形UnMousePad的水平电极和氢醌线的布局；

图47示出了圆形UnMousePad的布局，其显示了顶部传感器层和底部传感器层上的径向电极和同心圆电极；

图48示出了圆形UnMousePad的布局，其显示了顶部传感器层和底部传感器层上的径向电极和同心圆电极以及氢醌线；

图49是脚传感器网格的图像(不具有氢醌电极)，其中列电极和行电极覆盖在彼此的顶部上。

具体实施方式

现在参照附图，其中在全部几个视图中相同的参考号是指相似的或相同的部件，并且更具体地是指图1至图4、图11和图12，其示出了给处理器120提供输入的设备100。设备100包括传感器垫140，该传感器垫140具有表面16和用于检测表面16的压力并且产生对应于表面16的压力的信号的传感器阵列18。传感器阵列18具有由电阻材料覆盖的电极24的列20和电极24的行22，并且测量电极24之间的垫140的表面16上的压力，电极的间距优选地大于单个电极24的宽度，所述电阻材料填充在电极24之间的空间26中且用作电极24之间的线性电阻。设备100包括与传感器垫140接触并且与传感器阵列18进行通信的接口28，其耦合于处理器120以将信号传递至处理器120。

优选地，垫140是便携式的。优选地，接口28被配置为利用USB电缆30耦合。优选地，阵列检测在表面16上的多个同时接触点。设备100优选地包括将信号显示在屏幕上的与处理器120进行通信的显示器32。优选地，电极24至少间隔1/8英寸。电阻材料优选地具有随压力变化的电导率。

传感器垫140优选地包括具有列20电极24的第一传感器层34和具有行22电极24的第二传感器层36。优选地，垫140包括具有间隙的间隔物，其布置在第一层和第二层之间。垫140优选地通过检测第一层和第二层接触的区域附近的行22和列20的交叉点处的电压，检测表面16的压力。优选地，每次当处理器120对垫140的扫描发生时，通过以每次一行的方式将正电压施加于每一行22并且然后以每次一列的方式读取每一列20的电压值的方式，表面16上的所有点处的压力被测量。

垫140可以类似于跟踪垫的方式工作。垫140可以类似于板的方式工作。垫140可检测施加于表面16的压力的相应状态。

本发明涉及用于给处理器120提供输入的方法。该方法包括利用传感器垫140检测压力的步骤，传感器垫140具有表面16和用于检测表面16的压力的传感器阵列18。存在利用传感器阵列18产生对应于表面16的压力的信号的步骤，传感器阵列18具有由电阻材料覆盖的电极24的列20和电极24的行22，并且测量电极24之间的垫140的表面16上的压力，电极的间距优选地大于单个电极24的宽度，这些电阻材料填充在电极24之间的空间26中且用作电极24之间的线性电阻。存在利用与传感器垫140接触并且与传感器阵列18进行通信的接口28将信号传递至处理器120的步骤，该接口28耦合于该处理器120。

优选地，产生步骤包括以下步骤：每次当处理器120对垫140的扫描发生时，通过以每次一行的方式将正电压施加于每一行22并且然后以每次一列的方式读取每一列20的电压值，测量表面16上的所有点处的压力。

本发明涉及用于给处理器120提供输入的设备100。设备100包括传感器垫140，该传感器垫140具有表面16和用于检测表面16的压力并且产生对应于表面16的压力的信号的传感器阵列18。传感器阵列18具有由电阻材料覆盖的电极24的列20和电极24的行22，它们之间的间距优选地大于单个电极24的宽度，这些电阻材料填充在电极24之间的空间26中。设备100包括与传感器垫140接触并且与传感器阵列18进行通信的接口28，其耦合于处理器120以将信号传递至处理器120。

优选地，传感器垫140测量表面16上的任意接触点的比例位置，其位于邻接接触点的两个电极列20和邻接接触点的两个电极行22之间。传感器垫140可包括至少一个氢醌电极38，如图36所示，其被放置在至少两个电极行22和两个电极列20之间。传感器垫140可包括透明导体。皮肤可为透明的。

本发明涉及用于给处理器120提供输入的方法。该方法包括利用传感器垫140检测压力的步骤，传感器垫140具有表面16和用于检测表面16的压力的传感器阵列18。存在利用传感器阵列18产生对应于表面16的压力的信号的步骤。传感器阵列18具有由电阻材料覆盖的电极24的列20和电极24的行22，并且测量电极24的垫140的表面16上的压力，电极的间距优选地大于单个电极24的宽度，这些电阻材料填充在电极24之间的空间26中。存在利用与传感器垫140接触并且与传感器阵列18进行通信的接口28将信号传递至处理器120的步骤，该接口28耦合于该处理器120。

优选地，存在测量表面16上的任意接触点的比例位置的步骤，其位于邻接接触点的两个电极列20和邻接接触点的两个电极行22之间。

本发明涉及传感器垫140。垫140包括表面16。垫140包括用于检测表面16的压力并且产生对应于表面16的压力的信号的传感器阵列18。传感器阵列18具有由电阻材料覆盖的电极24的列20和电极24的行22，它们之间的间距优选地大于单个电极24的宽度，这些电阻材料填充在电极24之间的空间26中。

本发明涉及用于给处理器120提供输入的设备100。设备100包括传感器垫140，该传感器垫140具有表面16和用于感测表面16的压力并且产生对应于表面16的压力的信号的装置。该感测装置具有由电阻材料覆盖的电极24的列20和电极24的行22，它们之间的间距优选地大于单个电极24的宽度，这些电阻材料填充在电极24之间的空间26中。设备100包括与传感器垫140接触并且与传感器阵列18进行通信的接口28，其耦合于处理器120以将信号传递至处理器120。

感测装置可为传感器阵列18。

在本发明的操作中，UnMousePad为薄的、柔性的且低成本的多点触控输入设备。UnMousePad(或者在本文中被称作“垫”或“传感器”)被构造的大小约为3.5″x3.5″，其约为0.02英寸的厚度，并且具有9个行和9个列。传感器是由两侧构成。每侧是由印刷在聚酯衬底上并且利用FSR(力传感电阻)油墨套印的一系列银迹线构成。两侧彼此垂直放置，生成传感矩阵。通过以每次一行的方式将行22电极24通电至+5V电压同时将其它行22电极24接地，对这些数值进行读取。然后，通过利用微控制器上的模拟管脚同时将所有其它列20线接地，列20中的每一列上的电压以每次一列的方式被采样。FSR垫的设计自然地在通电行22和接地行22之间的传感器的输入侧上生成了电压梯度，同样地，产生多少电流流入当前被检测的列20和接地列20的电流量的梯度。连续FSR也用作接地的电阻，其生成了输出电压，以不必提供额外的电阻来读取输出。不存在其它用于进行多点触控输入的方法，除了印刷传感器和微控制器之外，该多点触控输入不需要用于读取来自于多点触控垫的压力的任何电路。所需的唯一较小的且便宜一点的电路是电压调节器，其给微控制器和电路供电以提供USB连接。采样、模数转换和数据处理的控制是由微控制器执行的，微控制器利用USB电缆30与计算机进行通信。

指出现有技术XYFSR传感器(由例如Tekscan等公司生产的)在银迹线上使用FSR带(替代在本文中传感器使用的覆墨)是重要的。因此，现有技术XY传感器需要用于读取的电路，例如放大器和电阻块，并且在传感器上不存在如橡胶层等的力扩散器的情况下，不能检测被施加于带之间的压力的位置。相反，本文的传感器不需要任何额外的电路并且可精确地检测小的压力点，例如：由笔尖直接施加于传感器上的那些压力点。

可被用于传感器读取的一个微控制器是微芯片PIC24HJ256GP210，其具有256KB的闪存程序存储器、16KB的RAM、32个模拟输入和53个数字输入，并且总计耗费约$4.56。使用该微控制器，传感器可被制成具有32x53的分辨率。在行22和列20相距四分之一英寸的情况下，这允许将传感器构造为与8″x13″的面积一样大。

1.快速的扫描可允许如乐器等有趣的应用。所述发明可被用于对交替列20同时采样(同时使其它列20接地)，以使扫描可更快速地起作用。按照这种方式，整个传感器垫可在两个通道中被扫描。该方法生成了在系统中额外功率汲取的最小量。

2.同时扫描也可按照下述方法起作用：对多个列20和多个行22通电，从而同时对传感器的较大部分进行采样。这允许多尺度采样；以较粗略的分辨率开始扫描，并且如果必要，那么在已经检测到触摸的区域内进行更精细地扫描。

3.随着传感器分辨率和尺寸的增加，对于FSR材料，必须使用越来越高的电阻。否则，传感器将汲取太多电流。因为电路(例如：在本发明的一个实施方式中使用的微控制器)对于它们能够获取或吸收多少电流量是有限制的，因此这是有问题的。例如，在PIC24HJ256GP210的情况下，每个管脚被限制为4mA的电流。通过使FSR更具电阻性，电流可被减小至有限范围。一种解决方法是使用可获取/吸收更多电流的多个更小的微控制器，例如可获取/吸收25mA的PIC16/18系列或者可获取/吸收40mA的ATmega48/ATmega88/ATmegal68。

UnMousePad的应用和相关概念

1)UnMousePad可被用于刺激大的多点触控地板垫。这将允许用户在无需地板垫实际存在的情况下，在用户的桌子处试制多点触控地板垫的样品。

2)UnMousePad可被用于开发和实验多点触控应用。因为它无需替换用户的计算机屏幕、键盘或鼠标，因此UnMousePad可以是对计算机用户已经拥有的计算机系统的补充。并且，因为它未被连接于屏幕，因此UnMousePad可被舒适地放置在桌子上并且在桌子上使用。在长期使用的情况下，与要求用户抬起手臂以触摸安装在计算机屏幕上的多点触控传感器相比，这更节省力气。

3)UnMousePad可被用作非常有表现力的乐器或动画输入设备。

4)UnMousePad控件工具包/API。仅当用户可利用Swing或AWT建立用于java的控件时，软件工具包可被建立在UnMousePad硬件平台的顶部，其将允许软件开发人员实现由触摸敏感控件构成的自定义接口。开发人员可被提供预制部件，例如：线性滑块、圆形滑块、旋钮、按钮、力敏按钮、切换按钮和XY输入垫。抽象的编程接口28(API)处理将来自于传感器的原始数据转换为每个控件的简单的浮点输出/事件的所有工作，在开发人员未被要求了解关于传感器的操作的低层次细节的情况下，该应用可读取这些浮点输出/事件。此外，工具包将允许开发人员从其家用打印机处打印出自定义用户接口28贴面。如果UnMousePad的大小与标准激光打印机输出的尺寸相同，即：8.5″x11″，那么开发人员无需剪切纸质贴面，而是将贴面放置在传感器的右侧，从而生成自定义打印控制器显示。API还可进行可存取的特殊控制，其仅响应于手势的子集，例如：快速敲击，或者仅响应于手指而不响应于笔和手掌，或者仅响应于手掌而不响应于手指或笔，或者仅响应于球反弹或长期的事件。控制可被提供，当校正时可测量重量或形状。按照这种方式，利用API的控制器可被用于生成乐器、操控接口和用于多种游戏和设计应用的接口。

5)UnMousePad可被用作在屏幕上虚拟地画或写的方法。用户甚至可将纸放在垫的下方以得到硬拷贝和虚拟拷贝。另一种应用是增强彩色书或语法书，其中当儿童在页面上着色或写字时，儿童可得到他们进展情况的反馈。

6)这些垫可被设计成在不损害电子装置的情况下它们可被下调至更小的尺寸。该特征对于制造不同尺寸的各种自定义接口是有帮助的，并且其作为工具用于试制工业产品中的传感器原型。在产品的小规模生产运行中，与设计自定义薄膜开关或FSR输入设备相比，使用现货供应的UnMousePad可能更便宜。

7)小的物理贴面可被放置在个别虚拟控件上。例如，对于按钮的外观，小硅胶按键垫可被层叠在UnMousePad表面16上，该表面16具有按钮的触觉并且当被按压时出现和消失。薄的粘接层可被用于将按钮粘接在合适的位置。

8)柔性显示器可被放置在UnMousePad传感器上。例如，e-ink正在开发柔性显示器技术，从而变色荚膜被夹在两个聚酯纤维层之间。因为UnMousePad是由聚酯纤维制成，因此其一半可被印刷在e-ink显示器的右下侧。只要显示器32足够软以使力通过它被检测，并且不由于压力而损坏，那么它可被放置在UnMousePad传感器上。可选择地，UnMousePad可由透明油墨制造以使它可被放置在传统计算机显示器32上。

9)UnMousePad可被用作计算机绘图板的替代，并且与大多数板(例如：Wacom绘图板)不同，我们的设备是薄的、柔性的且便宜的，并且可利用任何钢笔或铅笔被使用(它不需要专门的、不易控制的数字转换器)。

对于图1：

34.顶部传感器层，其具有列电极和连接器尾端(10)。

2.间隔物，其具有空隙(11)。

36.底部传感器层，其具有行电极和连接器尾端(12)。

4.读取电路板，其具有传感器连接器(13)和接口电缆连接器(14)。

30.接口电缆。

12.计算机，其具有多点触控启用软件。

7.用于盖子(8，9)的螺钉。

8.顶部电路板盖子和尾端(10)固定架。

9.底部电路板盖子和尾端(12)固定架。

对于图2：

在写模式中使用的UnMousePad：

18.UnMousePad传感器/写表面16。

28.UnMousePad电子装置。

30.计算机的接口电缆(例如：USB电缆)。

12.计算机。

32.显示器。

6.诸如钢笔/铅笔/手写笔等的书写用具。

7.手。

8.桌子。

对于图3：

多点触控模式中使用的UnMousePad：

18.UnMousePad传感器/写表面16。

28.UnMousePad电子装置。

30.计算机的接口电缆(例如：USB电缆)。

12.计算机。

32.显示器。

6.使用设备的手。

对于图4：

1.微控制器。

2.用于列电极的连接装备。

3.用于行电极的连接装备。

4.承载功率、接地、传输和接收信号的接口连接器(例如：USB连接器)。

5.收发机电路。

6.电压调节器电路。

7.螺钉孔。

8.电路板。

对于图5，其示出了第二层或底层和第一层或顶层。边缘周围的VHB应该直到达到FSR材料的始端，而不应该越过FSR材料。边缘周围的所有迹线应该由VHB覆盖。应该让尾端区域中的迹线暴露。传感器左侧上的VHB中应该存在至少一个小空隙以防止在传感器内侧形成真空。尾端上的迹线应该被暴露以使ZIF或斑纹连接器可在将来被放置。为了测试，迹线可利用一片纸被隔离。1英寸间隔的连接器将被夹紧至尾端的最右边部分。

对于图6，其仅示出了底层。边缘周围的VHB应该直接达到FSR材料的始端，而不应该越过FSR材料。边缘周围的所有迹线应该由VHB覆盖。应该让尾端中的迹线暴露。传感器左侧上的VHB中应该存在至少一个小空隙以防止在传感器内侧形成真空。尾端上的迹线应该被暴露以使ZIF或斑纹连接器可在将来被放置。为了测试，迹线可利用一片纸被隔离。1英寸间隔的连接器将被夹紧至尾端的最右边部分。

对于图7，其仅示出了VHB密封层。边缘周围的VHB应该直接达到FSR材料的始端，而不应该越过FSR材料。边缘周围的所有迹线应该由VHB覆盖。应该让尾端中的迹线暴露。传感器左侧上的VHB中应该存在至少一个小空隙以防止在传感器内侧形成真空。尾端上的迹线应该被暴露以使ZIF或斑纹连接器可在将来被放置。为了测试，迹线可利用一片纸被隔离。1英寸间隔的连接器将被夹紧至尾端的最右边部分。

对于图8，其仅示出了顶层。边缘周围的VHB应该直接达到FSR材料的始端，而不应该越过FSR材料。边缘周围的所有迹线应该由VHB覆盖。应该让尾端中的迹线暴露。传感器左侧上的VHB中应该存在至少一个小空隙以防止在传感器内侧形成真空。尾端上的迹线应该被暴露以使ZIF或斑纹连接器可在将来被放置。为了测试，迹线可利用一片纸被隔离。1英寸间隔的连接器将被夹紧至尾端的最右边部分。

用于处理输入数据的算法：

1)稳态值的校正：为了了解何时和何地存在与UnMousePad的接触以及何时不存在接触，能够计算传感器垫的稳态值是重要的。为此，本发明利用最初为智能线传感器开发的技术，但是其在前面还未在任何地方被描述。下面是算法的描述：对于每个输入传感器，维持变量，该变量表示当传感器还未被激活时传感器产生的值。该变量的正确值可能随着温度和其它外界因素而波动。如果随着时间的推移，输入传感器报告高于校正值的值，那么增加校正值，反之亦然。无需迫使用户调用校正步骤；校正是自动完成的。为了有效地自动校正，当输入较小时逐渐减小校正值，并且当输入较大时逐渐增加校正值。为了避免当压力被施加于传感器时使值增加从而引起传感器的该区域中的不敏感性，使校正值随着压力增加的速率非常非常小，以使它仅在与用户将传感器固定一个位置处的时间相比长得多的周期内显著增加。这种足够长的时间的实施例为20分钟。此外，使校正值减小的速率远高于其增加的速率。按照这种方式，当用户重复地激活传感器时，校正值将不会随着时间的推移缓慢地增加，这是因为校正值将在激活之间相对快速地下降。

UnMousePad已经被构造的大小为8.5″xll″，并且在29行和19列的情况下具有1/4″的分辨率。

扫描算法描述：(这是在微处理器上运行以对输入进行扫描的算法。)

初始化：

    对计算机的USB接口(或其它接口)进行初始化。

    对于R＝1至NUM_ROWS

        将R行的管脚设置为输出

        将R行的管脚的输出设置为0(以使它接地)

    终止

    对于C＝1至NUM_COLUMNS

        将C列的管脚设置为输出

        将C列的管脚的输出设置为0(以使它接地)

    终止

    分配被称作SCAN_DATA的大小为NUM_ROWSxNUM_COLUMNS的二维数组

开始无限循环：(这是用于扫描数据)

    对于R＝1至NUM_ROWS

        将R行的管脚的输出设置为1(+5V或+3.3V，其取决于芯片)

    对于C＝1至NUM_COLUMNS

        将C列的管脚设置为输入

        等待少量时间(这不是必须的，但是可能在一些情况下是必要的以使电压稳定)

        利用A2D(模数转换器)测量C列的管脚的电压并且将值存储在SCAN_DATA[C，R]中

        将C列的管脚重新设置为输出

    终止

    将R行的管脚的输出重新设置为0(以使它接地)

终止

如果用户需要原始数据，那么

    通过USB接口(或其它接口)将整个SCAN_DATA数组发送至计算机。

    可选择地，我们可仅发送改变的SCAN_DATA项以使传输数据量最小化。

否则，如果用户需要处理的数据，那么

    (这假设微处理器足够快以处理数据。在较慢的微处理器上，该处理可在计算机上完成。)

    分配SCAN_BUFFER，其将用于在处理数据被发送至计算机之前临时存储处理数据。

    计算阀值，当以该阀值计算时，传感器元件被认为是激活的：

        计算SCAN_DATA项的直方图。

        使用直方图以寻找大多数传感器元件的值并存储在MAJORITY_VALUE中。

        将THRESHOLD_VALUE设置为MAJORITY_VALUE+OFFSET_VALUE，其中OFFSET_VALUE是小的实验确定值，其消除了虚假传感器激活。

        生成ACTIVATED_ITEMS——具有高于THRESHOLD值的所有SCAN_DATA项(传感器位置)的列表。

        通过对ACTIVATED_ITEMS使用漫溢填充(flood-filling)算法生成CONNECTED_ITEMS——激活的传感器位置的连接装备的列表。

        对于CONNECTED_ITEMS中的每一项

            计算WEIGHTED_AVERAGE_POSITION——由每个位置处的力加权的连接项的平均位置。

            计算TOTAL_FORCE——所有连接项的总和。

            计算SHAPE——其是由最能描述施加力的状态的椭圆形的长度、高度和旋转构成。

            将这三个计算项添加至SCAN_BUFFER。

        终止

        通过USB(或其它接口)将SCAN_BUFFER发送至计算机。

    终止

终止无限循环

在操作中，垫对沿着其表面16的所有点处的压力进行测量，对数据进行插值，并通过如USB等的接口28将数据发送至计算机。因此，它可检测何时它未被触摸、何时它正在被单个手指、手写笔或任何其它物体触摸或者何时它正在由手指、手写笔或其它物体进行多点触摸。为了开始利用垫，用户将通过将它插入计算机上的USB端口的方式开始(假设我们正在使用USB接口)。然后，计算机将给垫通电，其将使垫初始化。在初始化之后，计算机将检测垫、初始化其驱动器(或者如果它并非已经可利用就请求用户安装驱动器)和开始从其读取输入数据。

此时，用户将开始使用垫。无论用户使用单个手指、多个手指、手写笔或任何其它物体按在垫上，相同的精确操作将发生，因此为了简单的目的，我们将假设用户正在使用单个手指。一旦垫被通电，它就开始扫描垫的表面16以检测施加的任何压力。每次当它执行扫描时，它将测量表面16上的所有点处的压力。它是通过以每次一行的方式将正电压施加于每行22并且然后以每次一列的方式读取每列20上的电压值的方式执行扫描的。按照这种方式，它测量每行22和每列组合的电压值，其对应于被施加于行22和列20的交叉点附近的压力。除了正在被扫描的行和列，所有行22和列20应该通过微处理器被接地。这具有两方面的影响。首先，它限制了远离的列20和行22之间的串扰(对施加于单点处的输出给定压力进行局部化)。其次，它在行22之间以及列20之间生成了电压梯度。这些电压梯度允许我们检测施加于行22电极24和列20电极24之间的压力，并且在列20电极24处产生测量电压。垫以这样的速率循环该扫描算法：该速率应该足够高以检测表面16上的快速敲击(例如：100Hz)。在每次扫描之后，垫通过USB连接(或其它接口)将关于所施加的力的信息传送给计算机。该信息的详细描述将在下面被阐述。

当用户通过单个手指将压力施加于垫时，他将使顶层的FSR油墨和底层的FSR油墨一起压在具有用户的指尖形状的局部区域。随着行22和列20扫描的进行，它将检测FSR油墨的顶层和FSR油墨的底层接触的区域附近的行22和列20的交叉点处增加的电压。因此，这些具有增加电压的行22/列20交叉点将被聚集在具有压力的位置周围。电压的这些增加是由于电流从通电行22流出，通过覆盖行22电极24的FSR层，然后通过接触的部分，然后到达覆盖列20电极24的FSR层，然后通过该FSR层，并且最后到达该FSR层附近的列20电极24。施加在给定点处的压力越大，流动的电流越多，并且输出电压将越高。同样地，压力被施加的表面16区域越大，电压将越高。然而，因为我们将除了正在特殊点处进行扫描的行和列以外的所有的列20和行22及时地接地，因此除了与正在被扫描的行22直接相邻的行22之间的区域以及与正在被扫描的列20直接相邻的列20之间的区域以外的任何位置处不可能存在正电压。因此，在扫描期间，增加的电压将仅在行22/列20的交叉点上被检测，这些交叉点可直接位于压力被施压的区域的下方或者与压力正在被施加处的FSR材料的正方形直接相邻。此外，该特征暗示，即使如手写笔的尖端等小点在两行22和两个电极24之间的正方形中施加压力，其压力可被检测，并且其位置可根据位于正方形的角落处四个行22/列20交叉点处信号的相对强度被计算。

在多个手指或其它物体正在触摸垫的情况下，具有增加的电压的多组行22/列20将被检测。当将所有力从垫处移除时，它将停止检测具有增加电压的任何行22/列20交叉点。

对于垫，存在五种使用情况。在第一种情况中，用户将以类似于跟踪垫的方式使用该垫(替代常规鼠标)。在该情况下，设备上的垫驱动器或固件将按照与很多笔记本电脑上的跟踪垫相似的方式模拟鼠标；因此，在该情况下，垫将能够以类似于常规跟踪垫的方式操作。该模拟可按照下面的方式操作：鼠标的位置将根据施加于垫上的所有压力的力加权平均位置得到。然而，用户可将他们的手掌依靠在垫上。驱动器/固件应该具有检测手掌(作为大的压力面积)和排除它们的算法。当表面16上存在轻敲击(或压力的快速增加)时，点击可被检测，当两个手指敲击时右击可被检测，并且滚动可通过一起拖动两个手指的方式被表示。在该模式下，垫也可解释更复杂的手势，例如：利用两个手指度量和旋转，并且将度量/旋转信号发送给支持度量和旋转命令的应用。在第二种情况下，用户将以类似于板的方式使用该垫。在该情况下，软件将寻找小的压力点并且将该点的位置和压力馈送至计算机同时排除所有更大的压力点(有效地筛选出手指和手掌)。当压力超出小阀值时鼠标下移事件可被发送，当压力被释放时鼠标上移事件可被发送。根据这个简单规则，在移动笔的同时施加轻的压力将仅使鼠标移动/悬停而没有点击或拖动，点击可通过表面16上的敲击激活，而拖动可通过施加压力、移动笔并且然后释放的方式被激活。右击可表示为敲击，其后是一段长的保持期。对于第三种情况，试用将左手的多点触控输入与右手的手写笔输入相结合的模式可能是有趣的。这类似于艺术家用一只手拿一张纸同时用另一只手绘画的方式。这实质上是第一种使用情况和第二种使用情况的结合，并且必须由软件支持。在第四种情况下，除了用作了解“原始”多点触控输入的应用软件以外，垫将一直被用作“原始”多点触控输入设备。在该情况下，对于每个全扫描，垫将找到其表面16上的所有相邻的接触点，并且将一组数据发送至应用，其将承载对于每个接触点的多条信息。该信息将包括中心接触点、总力和将由椭圆(利用椭圆的宽度、高度和被发送的方向角)表示的接触形状。该应用将负责解释它接收的数据并且根据需要对数据进行处理。例如，当模拟触摸池的应用在模拟中的相应位置的垫上的任意点处检测到接触的任何时候，它将简单地引起波。最后，在第五种操作情况下，垫将其正在扫描时其读取的原始值以2D灰度图像的形式发送至计算机，其中每个像素的亮度对应于施加在匹配的行22/列20交叉点处的压力。在该情况下，应用将必须对它接收的数据进行所有的处理和解释。该模式可有助于这样的应用，即，其中用户正在试图检测除了手指以外的物体的形状或压力，并且获得施加的压力的“图像”。例如，该模式对希望实施下述操作的科学家或学生可能是有用的，即：记录轮胎在传感器上滚动的压力形式、当运动员站在传感器上时他的重量分布，或者在当足球在传感器上弹起时的碰撞期间足球的形状。

不必说，对于除了鼠标模式以外的所有模式中的垫的操作，用户可能需要已经被写入以支持该类型的互动的软件。例如，允许儿童利用多个手指绘画的手指绘画程序将必须能够解释来自于传感器的多点触控数据，以正确地操作。否则，如果他只能解释鼠标输入数据，那么它将只允许利用单个手指绘画。经由设备上的硬件开关或经由设备的一些配置软件中的控制，可在四种不同使用情况之间进行转换。API可被提供，其将允许正在使用设备的软件请求它需要的类型的输入数据。这将使用户不必手动地选择设备的操作模式。最后，设备可同时提供几种形式的输入数据，从而允许应用选择它们希望的优选形式的输入数据。

诸如Tekscan和JazzMutant制造的用于测量XY位置和力的其它多点触控FSR传感器具有由FSR材料油墨套印的非常接近的电极24列20和电极24行22，但是FSR材料不是覆墨。换句话说，它只覆盖了电极24。因此，现有技术的传感器具有非常粗略的分辨率(它们很好的获得行22和列20的交叉点处的力，但是当它在两行22和列20之间移动时不能精确地估计手指的位置)。因为手写笔将表现为在位置之间跳跃而非在屏幕上平滑地移动，因此如果手写笔被使用该问题甚至更严重。为了补偿，这些传感器可由非常大量的列20和行22制成以得到良好的位置分辨率，但是这使得用于读取列20和行22的电子装置变得非常缓慢和昂贵。那些传感器可补偿的另一种方式是通过将柔软的橡胶垫放置在传感器上。然而，这增加了传感器的厚度，并且使得利用手写笔在传感器上书写变得不可能。

与现有技术相比，本发明的主要改进之一是相距非常远的薄的列20电极24和薄的行22电极24被使用，并且它们由FSR或电阻材料的覆墨覆盖，这些材料填充在列20和行22之间的空间中。因为材料用作列20和行22之间的线性电阻，因此在不具有不必要的大量列20和行22的情况下和在不必将橡胶垫放置在传感器上的情况下，位于两列20或两行22之间的手写笔或手指的位置可被精确地测量。

在8.5″x11″的传感器中，仅存在30个列和40个行，它们彼此相距1/4″。尽管存在少量的列20和行22，但是手指或手写笔的位置可仍然被精确地测量，并且当用户将他们的手指在传感器上平滑地移动时，笔或手写笔的位置在屏幕上平滑地移动。

作为一个附带好处，因为存在如此少量的列20和行22，因此单个$7的微芯片可被用于获得来自于整个设备的读数。由如Tekscan和JazzMutant等公司制造的相似设备花费超出$1,000，这是因为它们具有非常大量的列20和行22并且包含数量巨大的电子装置以获得大量信号。尽管这样，它们仍然不能与本文所述的技术一样精确地跟踪手指或手写笔。另一个好处是列20中的每一列上的电阻器不必像其它设备一样被用于将电流转换为电压的目的，这是因为印刷在迹线上的FSR/电阻材料独立地实现了该功能。

本发明的另一个优点是它不必被制成越过屏幕的多点触控设备。垫可很容易地在桌子上被使用，同时查看显示用户输入的屏幕。

现在将对绘制L或其它形状进行描述。

首先描述用户正在屏幕上看到的东西。当垫在桌面上被使用时，必须给用户显示他们的手相对于屏幕上的事物的位置，其类似于鼠标指针给用户显示他们的鼠标相对屏幕上的事物的位置的方式。为此，贴面被呈现在屏幕上以使指尖在屏幕上显示为透明椭圆。椭圆的尺寸和形状应该对应于用户正在触摸的接触点的尺寸和形状。当用户施加更多压力时，接触点的尺寸增加，并且可见的指示显示压力正在增加。这适用于使用手写笔的情况。当用户在垫上移动手写笔时，点被显示在屏幕上以使他们了解他们的手写笔相对于屏幕的位置。一种用于指示压力何时被施加的方式也被提供。这可通过增加接触点的尺寸或者改变它的颜色(例如：从红色变为绿色)的方式完成。这都是通过操作系统控制以使它对每个应用都起作用，但是它也可由个别应用控制。

垫与如Wacom绘图板等物的重要区别是当手写笔点悬停在垫上时该垫不能跟踪手写笔点。用户必须在纸上轻轻地扫描他们的手写笔以使他们可在屏幕上看到它相对于他们正在使用的应用的位置。然而，因为垫可精确地测量压力，因此额外的压力可被用于激活“点击”或拖动。

敲击也可被用于指示点击，或者双击被用于指示两次点击。在绘画应用的情况下，可使手写笔在某一压力水平达到时开始绘画。压力水平也可被应用于改变笔划的粗度。

返回绘制L。如果用户正在使用手写笔绘图，那么他们将轻轻地触摸垫以在屏幕上看到他们的光标。现在将实施如下操作：驱动器/硬件将检测压力点并且为其生成唯一标识符，以使它可在稍后参考该点。然后，将给操作系统发送这样的通知，即：除了唯一ID以外，它还应该为该手写笔点生成光标、光标的位置和当前压力。比方说，手写笔的ID为0。当该点被移动时，驱动器/硬件应该跟踪该点并且给操作系统发送这样的事件，即：该点正在利用唯一ID移动以参考该点。它还应该发送手写笔点的当前位置和压力。然后，操作系统将更新光标的位置和光标在屏幕上的外观。如上所述，外观可随着压力水平的变化而改变。然后，用户将利用该反馈来将他们的手写笔移动至他们希望开始绘制的点处。当正在进行该步骤时，除了光标位置和力以外，操作系统还可给各种应用发送“光标悬停”消息，即：光标正在其上方移动，以使这些应用了解光标所处的位置。当用户在如按钮或超链接上移动光标时，应用可利用该信息来突出按钮或超链接。在绘画应用的情况下，应用可将画笔的形状显示在光标点所在的位置处，以使用户了解如果他们按压在手写笔上那么他们将处于自然状态。然后，当用户准备开始绘画时，他们将应用额外压力。硬件/驱动器将获得该额外压力并决定额外压力被添加至光标点0和告知操作系统。在某个点处，硬件/驱动器将决定压力足够高以被看作“光标向下”事件。操作系统和/或驱动软件可具有这样的对话，即：允许用户调节他们希望触发“光标向下”事件的阀值压力，其调节方式与用户现在可在操作系统的控制面板中调节鼠标敏感度的方式相同。当硬件/驱动器检测“光标向下”时，它将告知操作系光标向下事件的压力和位置。然后，操作系统将给用户提供反馈，即：他们已经利用可听点击和/或光标外观的可见改变产生了“光标向下”。操作系统还将告知应用光标已经向下接触特殊点，从而发送“光标向下”坐标、光标的唯一ID和当前压力。当用户继续移动他们的光标以绘制L并且施加变化的压力时，硬件/驱动器将通过利用唯一ID将“光标移动”通知发送给操作系统的方式告知操作系统位置和压力的变化，以参照手写笔点并向下发送新的位置和力值。然后，操作系统将这些通知发送给其中用户正在绘制的应用。操作系统还将继续在屏幕上绘制“光标点”。应用将开始，利用黑色填充用户已经画了线的区域中的像素，并且存储用户已经绘画的位置的内部表示(这可随着应用的执行改变)。当用户完成绘制L时，他将释放手写笔的压力。一旦压力下降至为“光标向下”事件设置的阀值以下，那么对于唯一ID0，“光标向上”事件将通过硬件/驱动器产生，并且“光标向上”事件连同事件的位置和力将被发送至操作系统。然后，操作系统将给用户提供他们已经触发了“光标向上”事件的通知。它可通过播放可听的未点击声音和/或经由光标外观的可见改变完成。然后，操作系统将给应用发送“光标向上”事件和所有关联信息。然后，应用将停止在屏幕上绘制线。然后，硬件/驱动器将返回至告知操作系统光标ID0的移动的状态，以使它可在屏幕上更新其光标。然后，操作系统将返回至将“关闭悬停”消息发送给光标移动至其上的应用的状态。当手写笔被提起时，硬件/驱动器将检测正在被提起的手写笔，并且告知操作系统具有唯一ID0的光标已经被提起以及位置和上一次记录的力。然后，操作系统将停止在屏幕上绘制光标。

在通过手指而非手写笔完成该步骤的情况下，除了屏幕上的光标的形状可更多地对应于手指，完全相同的事情将发生。并且，我们可希望将正在被硬件/驱动器检测的椭圆的形状发送至应用，而不仅仅是位置和力。这将允许应用提供更丰富的用户经验。例如，它可以用户的手指的形状绘制线，并且当额外压力被施加时增加粗度。

如果多个手指被用于同时绘制时，那么硬件/驱动器将发送完全相同的信息。然而，除了食指以外，对于进行接触的每个额外手指，新的手指将接收不同的唯一ID，其将区分为额外手指发送的消息与为食指发送的消息。无论手指何时被释放，它的唯一ID将被返回至公共池，以使在稍后的手指接触中再次使用它是可能的。

至于多个指尖如何被解释以用于检测各种手势以及利用多个手指的输入应用完成的事情，其主要取决于操作系统和给定应用。

电极24和覆墨都是经由众所周知的屏幕印刷工艺被制成的。该屏幕是利用众所周知的摄影工艺生产的。众所周知地，油墨在印刷机中被印刷，并且然后传感器被放置在烤箱上以使油墨干燥。

电极24是由银墨制成，其是高导电的。因为银不会腐蚀，因此银也是优选的。

FSR涂层是利用屏幕模式被印刷的，其在中心处具有大的正方形开口。

为了具有一致性和光洁度并且为了确保没有银刺穿过FSR，不止一个FSR层被印刷在彼此上。通常，在1层和4层之间被印刷。FSR油墨也可具有不同的添加剂，这些添加剂被加入以调节其电阻率和响应于压力。例如，碳墨可被添加以使FSR油墨具有更多电阻性。也参照通过参考的形式并入本文的WO/2006/138618。

FSR代表力敏电阻。FSR油墨是有阻抗的和有弹性的油墨，并且具有粗糙的上表面16。当它被按压在导电表面16上时，它开始传导，但是粗糙度在其自身和表面16之间产生了空隙。随着更多的压力被施加，它符合表面16的形状，从而增加了接触的表面16的面积，并且传导地更多。实际上，电导率关于压力具有近似线性的关系。因为电阻为1/电导率，因此电阻实际上关于压力的倒数按比例地变化。

下面是来自于传感器的信号被处理：

1.扫描传感器并且产生电压值的二维数组

当硬件利用本文所述的扫描算法扫描来自于传感器的模拟值时，它将实质上获得大小为NUM_ROWSxNUM_COLUMNS的值的二维数组，其中每个值对应于在给定行/列交叉点处读取的电压。这些值可能是从模数转换器处读取的8位、10位、12位或16位整数。因此，这是我们用于进行剩余处理的输入。注意，在读取数据的微控制器上进行该处理以使所有数据不必经由USB/其它连接器以流的形式被传送至计算机是有利的。一旦我们完成了该处理，对于每个帧我们将剩下少量的信息。该信息将实质上为接触点(或连接段)的列表。每个接触点将具有椭圆的ID、压力、中心和尺寸，该椭圆可被用于描述接触点的形状。

下面是用于检测表面16上的点的算法：

2.将电压转换为压力

首先，我们必须获得所有模拟电压值并且将它们转换为压力。对于本文所述的实施方式，假设电压正比于压力，我们已经直接将电压作为压力使用，并且结果是合理的。

3.确定哪些点正在被触摸

一旦我们具有压力，那么我们需要一种确定传感器上存在接触的点的位置的方法。为此，我们具有这样一种算法，即：当还未被接触时该算法不断地校正传感器上每行22/列20交叉点处的值。该算法是通过忽略在很长时间周期内发生的任意接触的方式运作的。这与我们的皮肤如何适应压力的方式相似...如果某人突然触碰我们，那么我们将立即注意到，但是当我们的肩膀上携带着很重的袋子时，我们将完全忽略它。按照这种方式，如果你将传感器放置在一分硬币的顶部(作为实施例)，那么它可能在几秒钟内检测该硬币，但是它将快速地忽略它。我们完成该过程的方式是，我们存储大小为NUM_ROWSxNUM_COLUMNS的额外二维校正值数组。每隔一帧我们运行一次校正程序。它运作的方式是，如果当前值大于校正值，那么我们通过固定的微小量增加校正值。如果当前值小于校正值，那么我们通过固定的微小量减小校正值。“微小量”应该被选择成，与人按压单个点所花费的时间相比，传感器需要更长的时间以适应压力。例如，如果用户按压点从未超过10秒，那么微小量取常数2分钟对于适应压力将是安全的。对该方案的另一个改进是通过比校正值增加的量更大的量进行减少。通过这种方式，校正程序将“优选地”返回至更小值。这在用户可能反复地敲击传感器的情况下是有用的。在手指向下的时候，校正值将增加微小量，但是当他们抬起手指时，该值将快速地返回至正确的校正值。

一旦获得校正数据，校正值就仅仅从在步骤2的二维数组中获得的每个压力值被减去。这现在用作压力值的新数组，因为不关心稳定状态的压力。下一步，且如果有任何压力大于小的常数阈值，查看阵列中的压力。阈值应为实验确定的压力，其大于0但小于当人轻轻触摸某物时施加的压力。无论何处，我们看到大于阈值压力的压力时，我们就将其认定为接触点。

4.找到连接段的种子点

无论指尖或手写笔何时施加压力，应该存在压力为最大值的中心点。在该步骤中，对于所有接触点，我们试图找到局部最大的点。换句话说，我们正在寻找具有比相邻点更大压力的点，这些相邻点位于其上方、下方、左侧、右侧和对角线方向上。这与下述方式一样简单，即：对所有压力值进行循环并且对于循环的每次迭代将压力值与9个相邻值进行比较。完成该步骤之后，我们应该具有所有种子点(手指或手写笔正在触摸的所有点的中心)列表。

5.找到连接段

现在，我们希望找到每个种子点周围的所有连接区域。换句话说，我们已经找到了每个手指/手写笔正在触摸的中心，并且我们现在希望找到手指/手写笔正在触摸的整个区域。首先，我们创建段列表(每个种子点一个)，其中每个段为点列表。每个种子点被添加至一个段。现在，对于每个段，我们查看与已经在该段中的点相邻的所有点。如果我们找到这样的点，即其为接触点并且还不是另一个段的组成部分，那么我们添加该点为当前段的组成部分。在完成该算法以后，我们将具有段列表，其中每个段包含属于单个接触点的所有连接点。

6.找到连接段的中心和压力

现在，对于每个段，期望找到其中心。这是通过对包含段的点的位置进行加权平均的方式完成的。这些值是由这些点中的每一个处的压力加权的。通过将所有压力进行求和，施压于段上的总压力也被得到。

7.找到每个连接段的差异(主半径和次半径以及倾斜)

现在，我们希望找到椭圆以描述每个接触点的形状。我们通过计算段中心周围的段压力的分布在X方向和Y方向上的差异的方式，完成该步骤。我们通过计算对角线方向上的差异的方式计算倾斜。然后，这些可被用于描述与连接段的形状近似匹配的椭圆。现在，描述手写笔点的椭圆将具有与行22和列20之间的间距近似相同尺寸的直径。尽管这不是精确的，但是只要间距小于手指的尺寸，那么将容易通过观察椭圆的形状分辨手写笔与手指之间的差别。此外，因为手写笔点和压力的中心位置和压力读数应该非常精确，因此对手写笔的跟踪不会有太大问题。

8.跟踪连接段

先前，我们提到接触点接收唯一ID以使当手指/手写笔移动时，它们保留相同的唯一ID。这可通过回想与来自于先前数据帧的连接段有关的所有信息的方式完成。然后，在我们已经计算了描述当前帧中找到的所有连接段的位置、力和椭圆以后，我们试图将它们与来自于先前帧的段进行匹配。我们是通过寻找与当前帧中的给定段最接近的先前帧中的段的方式完成该步骤的。接下来，我们查看两者之间的距离，计算在一个帧中手指/手写笔将必须经过该距离的速度，并判断它是否可能是相同的手指/手写笔。接下来，我们将它们的压力、尺寸和椭圆形状进行比较。这些在帧之间也应该非常相似。如果所有核对通过，那么我们将来自于先前帧中的段的ID分配给当前帧中的段。未在先前帧中找到匹配的当前帧中的任意段被认为是新的接触点，并且被分配新的唯一ID。出现在先前帧中但不能在当前帧中找到的任何段被认为是用户从其提起他们的手指的段。注意，因为这种跟踪不需要二维数组中的任何数据...它仅仅需要在先前帧中找到的接触点列表，因此该跟踪可在驱动器或操作软件中容易地完成。在驱动器或OS中完成该步骤的优点是改进或升级驱动/OS软件通常比更新外部设备上的固件更容易。

9.过滤器

可能期望对数据进行过滤。例如，因为我们不希望人们用其手掌无意地点击事物，因此可能期望滤除手掌。这可通过启发法完成，例如：忽略这样的接触点，其具有非常大的表面16区域但在该表面16区域上具有低压力。另一种过滤技术是试图将手掌与手指匹配。众所周知，手掌通常被发现低于手指，因此如果大的接触点被发现低于小接触点，那么可认为它是手掌。正如跟踪连接段一样，该过滤步骤可在驱动器或操作系统中执行，并且与在驱动器/OS中进行跟踪是有利的的原因一样，在驱动器/OS中实施该步骤是有利的。

上面所述的用于垫的、或者如果希望那么更具体地被称作手垫的相同技术可被用于足垫，其被简单地扩大至更大的尺寸。具体地，除了被扩大至更大尺寸以外，足垫与手垫是相同的技术。传感元件、网格布线图、电子装置和应用软件的数量和配置都是相同的。在本文所述的实施方式中，手垫与足垫之间的尺寸比恰好与人的手指长度与相应的人的脚长度的差别相似，其约为倍数12。但是实际上，缩放比例可为任意倍数。

本发明涉及新颖的传感器模式，其允许便宜的多点触控、压力采集设备(IMPAD)或本文所称的垫。IMPAD技术可利用连续双线性插值检测压力的多个点，允许表面16上的空间变化压力的高帧率和高质量成像。

尽管力变电阻用作接触输入设备的多个点不是新颖的，但是本领域的早前工作关注的是离散的和独立的传感器的阵列。IMPAD与早前技术之间的关键区别是IMPAD更接近地模仿了人体皮肤的多分辨率特征，其中触摸的位置可按照比多触摸的分辨力更小的尺度被检测。

因为IMPAD传感器本质上是不显眼的、便宜的和非常耐用的，因此它们具有很多潜在的使用。它们可被放置在巨大的物体上，例如：船的船体，以不断地跟踪水压，或者它们可沿着断层带中的建筑的承重结构被放置，以跟踪地震活动的结果。IMPAD传感器可被放置在鞋的鞋底内，其具有足够精细的分辨率以检测最细微的移动从而学习姿态和姿势。

IMPAD传感器的发展和对其电特征的改进理解提高了可在下述情况下获得的信息的类型和质量，即：压力的整个图像需要持续不断地被跟踪。

IMPAD在很多社会领域中具有非常广泛的潜在应用，这主要是因为它允许以低成本进行各种规格的多点触控压力成像。该技术将对其具有直接和潜在变革影响的应用包括：地毯和输入传感器、生物压力传感器、乐器、婴儿监控、绘图桌、可重构的控制面板、书写垫、杂货店和仓库货架、病床、建筑材料、轮椅和其它辅助设备、体育器材、运动服、便携式电子设备和轮胎压力检测。

IMPAD(便宜的多点触控压力采集设备)是用于采集表面16上的压力的实时图像的新型设备。IMPAD传感器是由五层构成：第一层和第五层(外层)是由平行导线构成。层1上的平行导线的方向实质上垂直于层5上的平行导线的方向。第二层和第四层是由拥有大量电阻的导电材料构成。第三层(中间层)是由力敏电阻(FSR)材料构成——当由于外力被压缩时电阻减小的材料。该中间层可为改变电阻以响应于压力的任意材料。它甚至可能使用随着施加的压力增加电阻的材料。至于随着压力减小电阻的材料，存在FSR油墨、FTR(力转导橡胶)、和防静电泡沫(当它被压缩时传导地更多)。

操作的方法如下(图12)：沿着层1的导线中的一个接到正电压，同时层1的所有其它导线都接地。正电荷经由层2中的电阻材料在表面16上从电源线流向它的两个相邻导线，在电源线与其两个相邻线之间生成线性的电压下降(图13)。

每隔两个时钟周期，正电压被转移至下一个导线上一次。如果在层1上存在N条导线，那么每隔2N个时钟周期模式重复一次。同时，在每个偶数时钟周期时，层5中的所有剩余的偶数编号的导线被测量，以提供给输出，同时层5中的所有奇数编号线被接地。在每个奇数时钟循环时，偶数编号的导线被接地，同时奇数编号的导线被测量以提供给输出。

可选择地，通过对层1上的期望电极24进行供电并且读取来自于层5上的期望电极24的电压同时层1和层5上的所有其它电极24被接地的方式，行22和列20的导线对之间的位置处的电压被逐一地顺序扫描。这通常限制了扫描速率，但是对于如更简单的电子装置被使用等一些应用是充足的，这些更简单的电子装置可能每次只能读取单个电压。

当在与层1上的电源线相邻的表面16上的点处提供外部电压时，电流从层2横向地流过层3并流到层4。与层1上的带正电的电源线较近的接触影响了该横流的电压。有些流经由层4中的电阻材料前进到达层5中的相邻导线之一，而剩余的流努力到达层5中的另一个相邻导线。这些导线中的一个被测量而另一个被接地。与被测导线较近的接触还影响将在该导线处被测量的电压。

由于来源和测量的时变模式，因此点触摸将在重复模式的2N个步骤期间的四个时钟循环中的每一个产生非零输出电压。这四个电压可被一起使用以不仅确定该点处压力的幅度，还确定由四个最近的线——其中两个在层1上另两个在层5上——限定的正方形内的点的相对位置。

上面的描述是用于说明原理的理想描述。实际上，IMPAD方法可按照很多不同的方式被执行。例如，导线层1和导线层5可被嵌入在电阻层2和电阻层4中。或者，层2和层4本身可为FSR材料，层3被实现为空气层。在该执行中，外部压力在层2和层4之间生成更大的接触表面16的面积，从而减小了它们之间的电阻。这些层甚至不需要具有一致的排序。例如，IMPAD可被实现为编织材料，其中层1和层5的导线分别形成了衣服的经编和纬编，并且每条导线是由薄的电阻材料层涂层的——外部电压在这些交织涂层线之间产生了更大的接触区域。

并且，包含层2和层4的电阻材料不需要被延伸到整个表面16上。例如，它们中的每一个可在垂直于相应导体方向的方向上沿着表面16的一个边缘延伸或者沿着表面16在薄带内延伸。例如，构成层2的一个或多个电阻带中的每一个可在垂直于层1的导体的方向上延伸，或者构成层4的一个或多个电阻带中的每一个可在垂直于层5的导体的方向上延伸。

几个IMPAD设备已经利用用于制造FSR传感器的现有技术被制造。IMPAD的实施是由两个在边缘处连接在一起的大小为8.5″x11″的纸一样薄的PET塑料片构成。每个片的内侧是电路模式，其是由相距1/4″的平行电极24构成。连接器区域位于用于连接电子装置的一侧上，即计算机的接口28。

为了提供力敏性，两侧上的电极24利用固体FSR(力敏电阻)油墨层被套印。已经被制造的IMPAD使用FSR油墨，其为半导体的并且以微观尺度看是粗糙的，因此当它压缩时，顶层和底层之间的电导率以与所施加的力近似线性的方式增加。FSR油墨也允许电流沿着相邻电极24之间的每个片的表面16流动。该流动允许IMPAD同时检测位于两个电极24之间的任意位置处的点的位置和压力，使得检测和不断跟踪所有压力点甚至小于电极24之间的1/4″间距的压力点成为可能。

图14：该图示出了将手向下按在IMPAD上的用户。连接的计算机显示施加在IMPAD上的空间变化压力的轮廓线表示。

传感器的输出线被连接于电路板，该电路板是由一些移位寄存器和微控制器构成，微控制器获得读数并且将它们转发给计算机。微控制器使用移位寄存器以每次一列的方式给电极24的列20供电，然后读取来自于每个偶数行22的模拟电压值，然后读取来自于每个奇数行22的模拟电压值。然后，它转换至下一列20并且对剩余的列20进行重复。微控制器利用机载A/D转换器将这些模拟电压值转换为数字值。最后，微控制器将整个数据帧发送给计算机。目前，一些IMPAD以每秒约50循环在29x39个电极24的网格上捕获压迫像，并且可上升至每秒500循环的帧速率。

图15：IMPAD的操作原理示意图。较深的线表示顶层上的通电的行22电极24。较浅的线表示微处理器正在读取的底层的列20电极24。所有其它电极24被接地。压痕示出了施加力的影响，其增加了顶层与底层之间的接触区域。

图16a和图16b：图16a示出了向下压在我们的IMPAD上的脚。图16b示出了显示在计算机屏幕上的由此产生的压迫像。

图17a至图17c：图17a示出了位于IMPAD上的重块。图17b示出了由此产生的压迫像。图17c示出了当用户向下压在块的左上侧时的压迫像。

尽管传感器的网格并且具体地说力敏电阻的网格不是新颖的，但是它们通常是由以具体分辨率设置的离散传感器组成。IMPAD与早前技术之间的关键区别是IMPAD更接近地模仿了人体皮肤的多分辨率特征。

大多数触摸传感器具有单分辨率特征，其表示为每单位距离的传感器。与之相比，IMPAD表现得更像人类皮肤，其本质上具有用于检测单个触摸的位置的精细分辨率和用于区分两个相邻触摸的粗略分辨率。根据传感器的间距并根据所需逻辑电路的费用和复杂度，该区别允许非常便宜的IMPAD设备的实现。

图18：顶部——离散传感器对位置的敏感度。底部——IMPAD对于位置的双线性检测。图18示出了IMPAD的操作原则。注意，甚至非常小的位置改变也可被精确地跟踪。如果两个相邻触摸的间距为分离表面16中的相邻导线的间距的两倍——设备的Nyquist频率，那么两个相邻触摸可被可靠地区分为不同的。

图19a：离散传感器阵列返回笔触摸的错误位置。

图19b：IMPAD对两个连续传感器之间的信号进行插值，以计算正确的触摸位置。

因为空间变化压力是通过独立检测器而非盒式过滤器被检测的，其由双线性过滤器的使用导致，因此IMPAD可使用在相邻传感器处测量的值的线性组合，以根据带限的检测信号重构压力标识，其比可能使用独立离散检测器阵列更加精确(图19a)。具体地，点触摸将在两个相邻传感器元件处产生非零值(图19b)。如果这两个连续传感器位置被标记为a和b，并且它们各自的返回值被标记为p和q，那么笔接触的正确位置可被重构为(ap+bq)/(p+q)。

IMPAD的另一个优点是列20电极24和行22电极24之间的电阻层允许在扫描的空间分辨率与增加的读取速度或减小的功率消耗之间进行权衡。这仅通过将列20电极24或行22电极24的集合与电源和地面断开的方式来完成，就好像它们未存在一样(断开可通过可具有高阻抗模式的任意电子逻辑完成)。例如，如果每隔一个地断开列20电极24和行22电极24，那么空间分辨率下降了倍数2，但是扫描速率上升了倍数4。进一步地，如果除了每一侧上的第一个和最后一个，每隔一个地断开列20电极24和行22电极24，那么传感器用作单个双线性单元，其只可测量质心和施加于整个传感器表面16上的压力之和。尽管这可能看似无用，但是它可允许传感器以每秒数千帧进行扫描，以便检测非常短的现有影响。这允许“睡眠模式”，由此，因为需要节省功率的电池供电设备等待触摸事件以使其工作，因此它们在无需提取大量功率的情况下可闲置。最后，仅利用接触的区域或需要精练细节的区域中的更精练的细节，对传感器进行自适应扫描是可能的。这允许两全其美——在接触的区域中提供高分辨率，同时在未接触的区域中提供高速度和低功耗。

除了大小为54mmx42mm的更小的传感器和大小为12″x16″的大尺寸的传感器以外，IMPAD也已经被用于开始进行本文下面所述的实验和调查中的一些。

图20：这是第一IMPAD传感器的示意图。它具有大小为7.5″x10″的感测面积(和大小为8.5″x11″的总面积)，其中39列电极24和29行电极24。电极24之间的间距为1/4″。

图21：这是小尺寸的传感器的示意图。它具有大小为42mmx54mm的感测面积，其中10列电极24和8行电极24。电极24之间的间距为6mm。由于小尺寸，因此这些传感器中的很多可同时被印刷，这允许人们利用氢醌导体线和不同的油墨的配置进行实验，其速度远远大于利用更大尺寸的传感器完成的速度。

图22：这是大传感器的示意图。该传感器具有大小为12″x16″的感测面积，其在64列电极24与48行电极24之间具有氢醌线。电极24之间的间距为6mm，而氢醌线之间的间距为1mm。然而，氢醌线的间距和配置可被改变。

平铺

IMPAD设备还可按照这样的方式制成，即：它们可被平铺在一起以形成更大的IMPAD表面，其中相邻片之间不具有任何缝隙。为此，M+N个控制线延伸至设备背面(以使在IMPAD的主动感测区域周围不存在可见的边界)，并且将这些导线连接于小的专用微控制器，其也被放置在设备背面。如本文中其它地方所述，在添加了如下两个步骤的情况下，该微控制器按照在IMPAD的所有其它实施中的方式工作：

(1)检测的数据通过仅保留非零值的方式被可选地压缩。在一个实施方式中，对每个扫描的MxN个压力值进行压缩的结果如下：MxN数据阵列中的n个非零值的每个连续运行被收集到数据记录中。标头被前置于该数据记录，其指示两个值：(a)非零数据值的连续运行的长度为MxN的阵列中的起始索引和(b)该记录中的连续非零值的个数。

(2)每个扫描的适当压缩数据被聚集在一个数据记录中，其被前置了标头，该标头包括两个值：(a)该片的唯一数字标识符，以将它与所有其它IMPAD板进行区分，和(b)压缩的扫描中的信息的字节个数。

使用如UDP等标准网络协议，每个片将其数据发送给计算机，计算机将每个片的id转换为相应的行22和列20偏移，从而对根据整个板集合感测的压力的高分辨率图像进行组合。由此，压力的高分辨率图像可由任意软件应用使用。

实验已经通过改变FSR油墨层的个数的方式完成，FSR油墨的电阻和FSR油墨的粗糙度被用于构成覆盖导体的层。已经发现，对于一层或两层，输出电压对应用力是不一致的，但是当更多层被印刷时，其得到了改善。可认为这是由两个原因引起的。首先，随着沉淀的FSR油墨厚度的增加，电流找到从顶层上的电极24至底层上的电极24的短路径的可能性降低。其次，随着更多的层被印刷，印刷之间的油墨厚度的变化趋于平均，从而产生了更均匀的涂层。已经发现，当从一层变为两层时，改进是最大的，当从两层变为三层时，改进变小，并且当变为四层时，改进非常小。

油墨也被印刷为具有不同电阻。已经发现，具有较低电阻的油墨趋于输出更宽范围的输出电压，其将使微控制器上的模数转换器饱和。并且，当力被施加时，已经发现，在正被供电的相邻列20电极24之间流动的电流将变得非常高(＞40mA)，这对于电池供电设备是不期望的，并且可能损害电子装置。

油墨也被印刷为具有增加的表面16粗糙度。已经发现，人们必须非常用力地压在传感器上以得到这些设备的任意类型的读数。可认为这些传感器中的FSR油墨对于大多数实际使用太粗糙，但是具有较小粗糙度的油墨在将测量高压力的应用中是有用的。

图23：上图示出了当压力被施加于两列20电极24和两行22电极24之间的点处时四个不同传感器的输出。Ax2来自于由两个具有较少阻力的油墨层A印刷的传感器。Ax4是由四个油墨层A印刷的。Bx2来自于由两个具有较多阻力的油墨层B印刷的传感器(其具有每平方400K欧的电阻)。Bx4是由四个油墨层印刷的。

图24：上图示出了当压力被施加于列20电极24和行22电极24重叠的点处时四个不同传感器的输出。油墨与上图所描述的相同。在这里，我们可看到来自于传感器的输出，其具有在非常低的力处饱和的两个油墨层A。我们还可看到，具有四个油墨层的传感器具有比具有两个油墨层的传感器更线性的输出。最后，通过将该图与前面的图进行比较，我们注意到，该响应更强并且与上面的曲线相比该曲线较不线性。改进传感器表面16上的输出的一致性是我们研究的目的之一。

改进传感器的线性

利用IMPAD传感器的目的之一是能够精确地检测施加于列20电极24和行22电极24之间的力的位置。然而，第一传感器的输出中存在一些非线性。随着压力点在传感器的表面16上移动，当压力接近列20电极24与行22电极24之间的交叉点时，输出将趋于跳变。这些跳变使得位置和压力很难计算。为了解决该问题，当人们压在传感器上的两个相邻行22电极24和两个相邻列20电极24之间的单个点上时，对它们之间发生的事情进行观察(图24a)。示意性的电路图描述了当在两对相邻行22电极24和相邻列20电极24之间的点(x，y)处发生单个触摸时，电流流经两对相邻行22电极24和相邻列20电极24，其中x和y都从0至1(图24b)。在这里，Vout是在有效行22电极处测得的输出电压，Vsource是被施加于有效列20电极的电压，Rc是从较高的FSR表面16上的点至列20电极的电阻，Rr是从较低的FSR表面16上的点至行22电极的电阻，Rc′是两个相邻列20电极24之间的电阻，Rr′是两个相邻行22电极24之间的电阻，以及Rf是垂直地位于两个FSR层之间的电阻随着力F逆变化的方式。注意在图中，我们可将Rc建模为电位器，其位置是由触摸的位置x控制的，并且影响有多少电阻到Vsource(x*Rc)且有多少到地面(1-x)*Rc。同样地，Rr被建模为电位器，其位置是由y控制的，到Vout的上部具有电阻(y*Rr)，并且到地的下部具有电阻(1-y)*Rr。在给定其它变量的条件下计算Vout，我们给出了在给定单个压力点以及x位置和y位置的情况下，来自于单个列20与行22的交叉点的输出电压的简化数学模型，其中(x＝0，y＝0)是交叉点的位置，而(x＝1，y＝1)是正在被测试的交叉点对面的交叉点的位置。由此得到的公式是：

Vsource*Rr*Rr*(1-x)(1-y)

Vout                                                        ＝

--------------------------------------------------------------

-

(1-y)(Rr′+Rr^2)-((1-y)^2)(Rr^2)+(1-x)(Rc*Rr+Rc*Rr′)-((1-x)^2)(Rc*Rr

+Rc*Rr′)+(Rf/F)(Rr+Rr′)

根据该公式可以立即得到的一个结论是Rc′不会产生任何影响。该公式的优点之一是它推荐了一种改进传感器的线性的方法。已经注意到，传感器的所有非线性是由分母的前四项产生的。这些项的影响可通过使Rc、Rr和Rr′关于Rf更小的方式被减小。为了实现该目的，第一尝试是通过将氢醌线印刷在列20电极24和行22电极24之间使Rc和Rr更小，以减小沿着压力点与附近的电极24之间的FSR表面的电阻。这些导线未被连接于任何电路。其唯一目的是减小从压力点至附近电极24的电阻，从而改善线性。通过将不同油墨的层印刷在彼此顶部的方式也可能改善线性。例如，首先将具有非常低电阻的油墨印刷在电极24上并且然后将更高电阻的FSR油墨印刷在电极24上可降低Ra同时使Rf保持较高。

图25：这是比较线性的输出与位置关系的曲线，它是作为给远高于Rc、Rr和Rr′的Rf的值进行插值的结果而得到的。

图26：这是较不线性的输出与位置关系的曲线，它是作为给与Rc、Rr和Rr′的幅度相近的Rf的值进行插值的结果而得到的。这匹配了在最早生产的传感器中观察到的非线性。

第一IMPAD利用现货供应的模数转换器板，其价钱超过一千美元，很难给传感器装金属线并且占用很多空间。自此，电子装置已经被改良并且被用于扫描传感器。例如，已经发现，由微芯片生产的微控制器具有多达32个模拟输入管脚和很多数字I/O管脚。这些微控制器的优点是每个管脚可交替地被设置来为给电极24供电、将它接地，或者可被设置为高阻抗状态。此外，微控制器可按照比模数转换器板更高的速率对传感器进行扫描。在我们的29x39的传感器上，我们已经实现了每秒500帧的扫描速率，并且可认为每秒2000帧的速率和更高的速率是可能的。

对于具有分辨率为64x80的大尺寸传感器，单个微控制器是不够的。对于该尺寸，设计结合移位寄存器以给列20电极24供电，并且利用模拟复用器以增加输入通道的个数。

诸如分辨率为8x10的传感器等的小尺寸设备，使用广泛利用的Arduino微控制器板以对传感器进行读取。

最初与IMPAD设备有关的问题之一是有效的列20电极24可通过顶层中的固定电阻汲取大量电流。存在这样的问题，即：该固定电阻将消耗可能损坏电子装置的大量功率。高功率消耗对于电池供电的系统也是不期望的。此外，我们发现，当压力被施加时，从通电的列20流向附近列20的电流可增加多达10x标称值。

首先，试图通过增加FSR油墨的电阻的方式防止高电流。然而，这并不能保证当压力被施加时电阻就不会下降至不安全的水平。此外，该方法将意味着当IMPAD的尺寸增加时，我们将必须持续增加FSR油墨的电阻。

在进一步测试以后，已经发现，平均地说，在操作期间传感器汲取的电流小于1mA。即使压力被施加于传感器，但是因为压力将仅被施加于一小部分传感区域并且因此电流只能增加一小部分，因而传感器汲取的电流不会明显地增加。我们还发现，即使在扫描循环中任意点处的电流超出电子装置的额定电流限制，但是给定行22电极24或列20电极24具有流过它的电流的时间片是非常小的。例如，在分辨率为29x39的以50fps速率扫描的传感器上，给定的列20电极24仅被供电.7毫秒(小于时间的.1％)。因此，通过任意给定电极24消耗的功率是比可损坏电子装置的量更低的量级。实际上，我们发现，即使给定电极24被直接短接至地面，但是只要传感器以50fps的速率通过行22和列20保持扫描，那么驱动电子装置的栅极电阻足以使平均功耗低于安全水平。因此，可得到这样的结论，即：无论传感器发生什么情况也无需担心对电子装置的损坏。因此，传感器可被水淹没、穿孔或剪切，并且电子装置将继续工作而没有任何损坏。

由于传感器上的迹线/电极24的电阻，因此使用导线和电阻材料的大传感器有时将遭受信号损失。例如，在一些我们印刷的IMPAD中，迹线的电阻高达每英寸6欧姆。当传感器达到如12″x16″等大尺寸时，一些迹线得到与长度为36″的电阻一样的阻抗216欧姆。这些尺寸的电阻逐渐接近通过层2和层4的电阻(图12)的量级和通过力敏层3的电阻(图12)的量级。该阻抗可能使传感器表面16上的力敏和精度变化。当IMPAD达到迹线的电阻时，与使用力敏电阻的其它阵列传感器相比，IMPAD具有两个优点。

第一个优点是，当从层5上的电极24处得到电压读数时，电流不必通过该电极24和象在其它设备(例如：Tekscan制造的设备)中那样通过检测电阻或电流检测电路流出。这是因为层4实质上用作检测电阻。因此，在稳态下测量电压的层5上的电极24不承载电流，其只用于将其具有的相同电压转移至模数转换器，并且因此，因为经过电极24的电流近似为0，因此沿着该电极24几乎没有电压降。

IMPAD的第二优点是，如果通过电子装置接地的层1和层5上的电极24具有高电阻，那么它们将允许流经它们的电流中的一些流经层2和层4并且流向接地的相邻电极24。这用于减少流经接地电极24的电流并且减少这些接地电极24上的电压降。电压降可能是有问题的唯一区域位于被供应负电压的层1上的任意电极24上。这样的电极24没有得到上述IMPAD的优点中的任意一个的显著帮助。因此，在任意IMPAD设计中，层1上的电极24的长度和阻抗应该保持最小值。

模拟各种实际控制器

传感器已经被用作这样的方法，即：人们在压力成像表面16上移动他们的手以模拟各种类型的实际三维控制器。例如，考虑在三维空间中完整地操纵虚拟对象的问题。这需要控制六个同步的自由度——三个转换度以及三个旋转度。

两种控制布局允许在桌面的表面16上移动人手以对坚固的3-D对象实施6°的自由控制。这些控制器被构造。

第一设备是由具有嵌入的跟踪球的控制器构成。在该情况下，控制器的XY移动导致对象的XY移动，控制器来回摇摆导致对象沿着Z轴移动，并且利用手指使嵌入的跟踪球旋转导致对象的XYZ旋转。

在第二设备中，控制器的XY移动以及旋转分别导致对象的XY移动以及对象的绕着z轴的旋转。控制器的来回摆动导致对象关于x轴相对旋转，而控制器的左右摆动导致对象关于y轴的相对旋转。通过手指使用滚动条导致沿着z轴的相对平移。

IMPAD的初始执行具有50分之一的有效动态范围。该动态范围足以用于很多基于多点触控的用户接口28的应用，但不能用于所有使用。在最小可测水平下存在噪声，噪声可能是由于各种源中的任意一种引起的，包括表面16上的导体之间的串话干扰、制造中的不完善和由控制电路中的信号引起的杂散。动态范围可按照与高动态范围光学成像相似的方式被增加。在该方法中，压迫像测量是时间复用的。在连续时间片中，逻辑电路的敏感度是变化的。当电路被设置为用于高敏感度时，设备对非常细微的触摸敏感，以较低的压力使其饱和达到其可达到范围的最大值。当电路被设置为低敏感度时，设备是较不敏感的，但它能够在饱和前检测更高的压力。为了实现该目的，随着时间的推移我们改变读取电路的电阻，从而利用变化的电压驱动电路并且改变模数转换器的敏感度。

IMPAD的插值特征也可被用于通过仅对接触区域进行高分辨率扫描的方式提高扫描速度。这是通过由粗到精的方式完成的，其首先以低分辨率扫描传感器并且决定哪些区域将以更高分辨率被再次扫描。这可与高动态范围传感结合，以此而使传感器可在闲置时对它在较低分辨率扫描的情况下检测的压力水平进行调节，从而改善高分辨率扫描的精度。这可能减小获得设备的高质量扫描所需要的测量的个数，从而导致价格的下降、扫描速度和质量的提高，并且允许降低IMPAD的功耗。

不透明的IMPAD设备可按照下述方法被使用。诸如Plastic Logic的柔性显示器等柔性显示器使用由如Samsung等公司开发的eInk技术或OLED显示器。

应用的范围得益于IMPAD技术的透明执行。对于这些执行，两种不同的组件被使用：FSR材料本身的透明形式和透明导体。传统地，透明导体已经利用铟锡氧化物(ITO)被印刷，其是有毒的并且具有非常高的阻抗。然而，目前，利用碳纳米管的透明导体已经可利用。

各种材料可被用作力敏电阻元件。可按照微观尺度或宏观尺度找到的基本机制按比例调整海绵或可压缩绝缘材料基体内的一些导电材料。被施加于混合物的增加的压力导致相邻传导元件(图27)之间的平均接触区域增加，从而减小该点处的材料之间的电阻。

力敏电阻材料的实施例包括FSR油墨、防静电泡沫和力转导橡胶。

防静电泡沫材料通常是由被诸如铜等薄导体层涂覆的聚合物基体例如尼龙构成。电流在铜包层光纤之间流动，从而允许静电均匀地通过光纤流出。因为它们是易压扁的并且在被挤压之后需要时间恢复其原始形状，因此来自于这些泡沫材料的输出可能比来自于FSR油墨的输出更不精确且更不可重复。然而，它们可在需要柔软的、可拉伸的传感器的情况下被使用。例如，这些传感器可被用于医院病床或轮椅，以防止患者长褥疮，并且用于婴儿床以监控婴儿的呼吸。

力转导橡胶通常是由橡胶或硅胶制成，其充满了小尺寸的碳颗粒，当这些碳颗粒被更紧地积压在一起时，它们传导更多的电流。这些橡胶的使用可允许构造这样的传感器，即：其不需要空隙并且在恶劣环境中和在拉伸力可被施加于传感器的情况下可能表现得更好。

为了检测非常大的力，如混凝土等固体材料可充满导电颗粒，这些导电颗粒在非常大的力被施加时改变它们的电导率。这些传感器可被包含在建筑材料中以超前检测桥梁、建筑物、屋顶和墙壁的故障，或者在它发生之后检测损坏。

可被用于检测力的更多的外来材料，例如：碳纳米管。通过将碳纳米管定位于材料中的具体方向，可生成具有各向异性传导性质的材料，从而改善如插值的线性等传感器的特征。导电或铁磁性流体或凝胶也可被用作FSR介质，从而允许检测流体或磁场的压力分布。

对数据采集、对象识别和分割的软件支持

参考文献[Buxton，W.，Hill，R.，and Rowley，P.，Issues and Techniques inTouch-Sensitive Tablet Input(关于对触摸敏感的书写板输入的问题和技术).In Proceedings of the 12th Annual Conference on Computer Graphics andInteractive Techniques.ACM Press，New York，NY，215-224，1985]、[T.Moscovich，J.F.Hughes.Indirect Mappings of Multi-touch Input Using Oneand Two Hands(使用一只和两只手的多触摸输入的间接映射)，InProceedings of CHI 2008，Florence，Italy，April，-2008]、[Moskovich，T.，andHughes，J.，Multi-Finger Curser Techniques(多手指光标技术)InProceedings of Graphics Interface 2006.Quebec City，Canada，June 2006]和[Westerman，W.，Hand Tracking，Finger Identification and ChordicManipulation on a Multi-Touch Surface(多触摸表面上的手跟踪、手指识别和协同操纵).PhD thesis，University of Delaware，1999]描述了用于利用任意多点触控输入设备分割和对象识别的软件中的现有技术，并且为了执行这样的应用的目的使用IMPAD，这需要关于同时或不同时跟踪IMPAD上的如手指或笔等压力点的了解。基于前述参考文献使用两个主要的方法进行该分析。一个是基于模型的分段的明确建立。例如，如果手被跟踪，那么可构造这样的系统，即：该系统在特殊配置中寻找五个指尖并且然后能够锁定并跟踪指尖。另一种方法是基于机械学习的识别，其是与收集使用统计的语料库结合开发的。后一种方法将具有能够更好地识别新形式的输入以及了解各种压力特征之间的微妙差别的优点。例如，当被用于人机交互时，这种算法可根据他们的脚的压迫像推断人的姿势，或者根据他们的手掌的压迫像检测人的手和手臂的位置。

下面的解释涉及IMPAD为何甚至在具有比较粗略的多点触控辨别力的执行中，可具有高定位精度和高定位平滑度：

三个术语被定义：

·定位精度：对于任意单触摸，我们能够测量该触摸的平均位置的精度；

·定位平滑度：对于任意单触摸，该触摸的被检测位置的范围随着触摸位置的变化平滑地改变，而非从一个量化值不连续地跳变至另一个量化值；

·多点触控分辨力：已知两个触摸，它们彼此能够被放置在多近的位置并且仍然被分辨为两个不同的触摸。

由离散传感器构造的传感器阵列18必须具有相似的定位精度值和多点触控分辨力，并且对于具有与传感器之间的间距的范围相比小直径的触摸，还具有差的位置平滑。

IMPAD允许定位精度和多点触控分辨力被解耦，以使非常精细的定位精度可与非常粗略的多点触控分辨力结合。并且，甚至对于具有非常小直径的触摸，IMPAD具有非常好的定位平滑度。

这是正确的，因为如上面的图28所示，IMPAD的宽间距传感器线中的每一个能够测量两个传感器线之间的任意触摸的距离，即使触摸实际上不会与两个传感器线中的任意一个接触。不仅完全位于两个相邻传感器线之间的触摸可被检测，实际上利用前面所述的比例公式(ap+bq)/(p+q)，两个相邻传感器线之间的该触摸的成比例距离也可被精确地计算。因此，即使多点触控分辨力相对粗略——由于相邻传感器线的相对宽的间距——但是定位精度和定位平滑度可非常高。

下面进一步解释睡眠模式如何被维持，以及利用进行接触的区域或需要精练细节的区域中的更精练的细节如何完成自适应扫描。

连接导线的IMPAD无需是有效的。这可通过将连接于线的微控制器或移位寄存器上的管脚设置为高阻抗状态(其将线与剩余电子装置断电)，通过电子装置来完成。在该状态下，导线表现出的作用就好像它是氢醌导体一样。如果仅仅分别沿着行22和列20连接器线的每隔N个连接器线被有效地使用(其中N为大于1的整数)，那么如果我们保持相同的扫描速率，则总功耗减小倍数N2，或者在功耗被保持相同的同时扫描速率增加倍数N2，在任意一种情况下，多点触控分辨力的分辨率减小倍数N。实质上，我们对减小功率或增加扫描速率的多点触控分辨率进行权衡。通过仅扫描每隔N个连接器线的方式，IMPAD被设置为IDLE模式。在该模式中，可非常快速地检测其表面16上的触摸的存在。一旦这种触摸被检测到，那么IMPAD可被转换为更高分辨率的有效模式，在该模式中，它扫描每个连接器线而非每隔N个连接器线扫描。在该限制中，人们可停用除了第一列20和行22以及最后列20和行22以外的每个导线，这实质上将整个传感器变为单个双线性传感器。

使用粗略分辨率模式也是可能的，其中仅每隔N个连接线被有效地切换，以检测表面16上的低分辨率图像(图29)。利用该模式返回的信息，仅对于包括任意检测触摸的那些行22和列20，IMPAD可被切换为高分辨率模式。该策略提供了这样的优点，即：因为切换每行22和列20连接器线所需的更高功率仅需要被用于那些检测到触摸的行22和列20，因此IMPAD可在较低功率要求和较高速度的情况下工作，而无需牺牲多点触控分辨率。

一个表面16可被任意地称作“顶面”，而另一个表面被称作“底面”。为了论述的清晰，这是任意指定的，这是因为整个设备可被翻转，从而在未对设备的操作产生任何影响的情况下转换顶面和底面。

顶面上的连接器被归入平行导电控制线的行1至行N，其中每一个被连接于设备的逻辑电路。

底面上的连接器被归入导电控制线的列1至列M，其中每一个被连接于设备的逻辑电路。

在顶面和底面上，连续控制线可通过零个或更多个平行的无源导电线分离。设备中的所有相邻的平行导电线通过电阻元件被彼此相连。

一种用于扫描IMPAD设备的方法是通过简单的MxN扫描：N个输入行中的每一个被依次设置为正电压，其它N-1个输入行都被设置为接地。同时，M个输出列20中的每一个处的电压被依次读取，同时其他M-1个输出列20都被设置为接地。执行该扫描的时间为MxN个时钟周期。我们的IMPAD的最低分辨率执行利用该MxN方法。

MxN扫描具有简单的优点，但是因为N和M变得很大，因此扫描时间变得大于以交互速率的性能所需的扫描时间。例如，如果时钟周期为一微秒，那么300x300扫描将需要0.09秒，其大于视频屏幕刷新的30毫秒时间的三倍，并且因此对于计算机/人接口28的可接受的交互性能来说太长。为此，本发明还实施另一个扫描方法，该方法明显更快，并且仅需要2N个时间步长。通过利用一微秒时钟周期和300x300的IMPAD设备的相同实施例，2N时间步长的方法能够在仅600个时钟周期内扫描整个设备，这产生0.0006秒的扫描时间，其远大于实时性能所需的时间。实际上，实现该最大速率要求利用多个模数转换器，其增加了设备的费用。对于大多数应用，0.0006秒的扫描通常是不需要的，并且因此更少的模数转换器可被利用，同时仍然维持每秒几百次扫描的扫描速率，其远大于实时性能所需的速率。

在2N扫描方法中，设备操作的时变序列被归纳为如下2N个时间步长(图30)：

在任意偶数时间步长2j处，行j处的顶面上的导体被设置为+5V，并且顶面上的所有其它导体被设置为接地。

同时，偶数编号列(0、2、4，......)的底面上的所有控制线被测量，并且所有奇数编号列(1、3、5，......)被设置为接地。这些偶数线中的每一个处的测量输出电压被转换为数字信号，并且这些数字信号被发送至计算机。

在任意奇数时间步长2j+1处，顶面的电信号与时间步长2j的保持一致。同时，奇数编号列(1、3、5，......)的底面上的所有控制线被测量，并且所有偶数编号列(2、4、6，......)被设置为接地。这些奇数线中的每一个处的测量输出电压被转换为数字信号，并且这些数字信号被发送至计算机。

因此，总扫描循环是由2N个步长构成，其中对于每个步长M/2个输出信号被发送至计算机。

如图31所示，当表面在单点处被触摸时，在一些两个连续行j和j+1之间存在非零电导，其中1＜＝j＜N，并且在一些两个连续列i和i+1之间存在非零电导，其中1＜＝i＜M。

结果将是四个非零测量电压：

·A是在行i处在时间步长2j测量的电压；

·B是在行i+1处在时间步长2j+1测量的电压；

·C是在行i处在时间步长2j+2测量的电压；

·D是在行i+1处在时间步长2j+3测量的电压；

这四个非零测量电压一起传递与触摸点处的总压力以及列i与i+1之间的触摸的部分距离u和行j与j+1之间的触摸的部分距离v有关的信息。

随着触摸位置从控制线i、j移动至相邻控制线，在每个行和列处的触摸的敏感度双线性地下降至0。因此，对位置(i+u，j+v)处的触摸的行22/列20交点(i，j)的敏感度将为(l-u)*(l-y)。同样地，(i+1，j)处的敏感度将为u*(l-v)，(i，j+1)处的敏感度将为(l-u)*v，并且(i+1，j+1)处的敏感度将为u*v。

由此，我们可使用A、B、C和D计算触摸的总压力和分数位置(u，v)。具体地：

·压力P＝A+B+C+D

·u＝(B+D)/P

·v＝(C+D)/P

计算触摸的规模

利用基于离散传感器阵列的现有技术以不断地检测位置将是可能的。这可通过将软材料放置在感测设备的顶部上的方式完成，软材料可用作触摸信号上的低通滤波器，从而甚至延伸单点触摸以覆盖非零区域。如果仔细选择软材料以使单个触摸被适当地“模糊”，那么连续位置可甚至利用离散传感器阵列测量。

但是当与所述发明相比时，该方法将具有两个限制：

·将相对厚的软层放置在传感器阵列18上将是必要的。这种层要求该设备实际更厚，这减小了要求非常薄的尺寸的任意应用的效用，并且增加了设备的费用和制造复杂度。

·这种方法使得不可能以非常小的范围检测触摸的存在，这是因为非常详细的信息将由于软层的“模糊”作用被破坏。

通过使用本发明，通过随着触摸在IMPAD表面上移动而观察由该触摸返回的时变信号的方式，确定触摸在多小范围内是可能的。这对于区分例如人手指的触摸(大)、钝橡皮擦的触摸(有点小)和尖锐的笔尖的触摸(非常小)是有用的。

当触摸的中心通过行22/列20控制线的点阵的边缘时(即：当u＝0或v＝0时)，IMPAD可认识到触摸具有非常小的范围。当具有非常小范围的触摸通过列20控制线i时，列i-1和i+1处的测量电压实质上下降至0。同样地，当具有非常小范围的触摸通过行22控制线j时，行j-1和j+1处的测量电压实质上下降至0。

对于这些相邻行22和列20，略微更大的触摸的边缘交叉将产生小的但非零的值。为了分析小触摸的大小与相邻行22之间的测量值的变化之间的关系，考虑正方形范围为2r×2r的小触摸，并且在其范围内的每个位置处它具有均匀压力，其中r远小于相邻控制导线之间的距离。考虑该触点位于控制线j中心上的情况，如图所示。

在图32中，由灰色表示的小触摸的一半位于连接器i的左侧，另一半位于其右侧。来自于触摸的总测量值是通过求和得到的：A+B+C+D+E+F。

最右边的正方形(B，C，E，F)的右侧上的总响应通过将C+F求和被给出。假设随着位置从边缘i变化至边缘i+1，在交点C和F处对单点触摸的响应线性地增加，那么我们可通过对该正方形上的部分位置u上的总触摸进行积分的方式计算C+F的值。该积分正比于r³，而总的触摸值正比于r²。

通过对称性，可建立最左边正方形的最左边边缘i-1处的测量响应A+D与总的触摸值之间的相同关系。一并考虑，这些结果显示出触摸的半径线性地正比于(并且因此可通过下式被测量)比率(A+C+D+F)/(A+B+C+D+E+F)。

可选择的实施方式

这些是用于构造IMPAD设备的可选择方式，该IMPAD设备仍然具有上述设备的所有特征，但是具有不同的结构。

1.无空隙——除了FSR油墨的粗糙度以外，大多数IMPAD还使用空隙以生成力敏的中间层3(如图1所示)。可替代地，特殊可压缩材料可被用作中间层3，当压力被施加时中间层3导电越多。这种材料的一个实施例是力转导橡胶，其为具有嵌入在其中的小碳颗粒并且当被压缩时导电越多的橡胶。这些材料可消除对顶层与底层之间的空隙的需要。此外，作为使用层2和层4(在图1上)的FSR油墨的替代，常规电阻油墨可被使用。氢醌线可在这种配置中被使用以改善传感器的线性。

2.侧电阻——由层2和层4(在图1上)生成的共面电阻可被向外移动至传感器的边缘(如图33所示)，并且甚至可被移动至外部电路中以使电极24不会由力敏层3加入其中的区域中的层2和层4覆盖。在该结构中，仍然必须存在用作中间力敏层3(如图1所示)的材料，这尤其是因为如果没有它，那么层1和层5(如图1所示)上的电极24之间可产生短路。为此，FSR材料的带可被印刷在电极24(图34)上。在另一个实施方式中，如力转导橡胶材料等当被压缩时导电越多的材料可被放置在电极24的层1和层5(图33)之间。氢醌线可在这种配置中被使用以改善传感器的线性。

3.分离区域——在可选择的布局中，由层2和层4生成的共面电阻可在每隔一个电极24对(图35)之间被分解。尽管敏感度将在层2和层4被分解的电极24对之间消失，但是由于相邻电路的断开，因此改善的双线性插值可在层2和层4未被分解的区域中实现。氢醌线可在这种配置中被使用以改善传感器的线性。

氢醌电极

氢醌电极24是这样的电极，即：其被放置在列20电极24和行22电极24之间但是未被直接连接于电子装置(图36)。已经发现，将氢醌电极24放置在其它电极24之间大大地改善了设备的线性(这影响它精确地测量两个电极线之间的接触点的位置的能力)，并且还改善了表面16上的设备的敏感度(因此施加于两个电极24的交叉点处的压力产生了与施加于四个电极24之间的中心处的压力一样的有效水平)。我们发现，通常，当氢醌电极24的个数增加时，精确性改善，但是它只达到由于传感器制造引起的电子干扰和不规则占据的点。氢醌电极24在前面部分中被更详细地描述。

通常，注意到氢醌电极24实质上生成了这样的电阻表面16是重要的，即：该电阻表面在一个方向上进行很好的传导，而在另一个方向上进行较差的传导。可能存在用于创建该表面16的其它技术，例如：将均按照相同方向排列的碳纳米管层沉淀在表面16上。

为了实现规模经济，可期望生产具有规则的细间距的导体线形状的大传感器材料片。这些片可被切割为用于给定应用的合适大小，并且经由具有与导体线的间距相同的接触间距的连接器被连接于电子装置。然而，在一些成本节省是重要的并且高分辨率不是必须的应用中，电极24可被跳过并且使其处于断开状态。这些跳过的电极24有效地成为氢醌导体，即使它们未被电接通或者它们仅通过实际上呈现为与如行22电极24和列20电极24等其它电极24相对的方式做出贡献，它们也有助于设备的精度，行22电极24和列20电极24被接通并且通过完成比简单地实际呈现的更多的事情的方式帮助检测。在一个视图中氢醌电极24可被认为不是有效的，同时非氢醌电极24的电极24是有效的电极24。

IMPAD是一种革命性的技术，这是因为它显著地减小了压力成像设备的成本和复杂度以及它的构造可允许它被包含在其它设备将失效的位置处。因此，它使以前非常昂贵并且不能实现的许多应用成为可能。这是IMPAD可实现的可能应用的列表：

IMPAD是一种非常普遍的使能技术，其可被包含在多种应用中，其包括：书写实施、手术实施、用于操作机器的拉手架，它们被插入鞋或其它衣服、被插入引擎构件和其它机器的内部并且被铸造在椅子和汽车座椅内，以便测量姿势。

书写板：

将IMPAD作为用于手写板的便宜的支持层允许书写者使用其自己的笔和它们希望的任何纸。撞击信息是由IMPAD收集的，其跟踪笔通过板的中间纸层制造的压痕的时变总压力和质心位置。该信息可被存储以用于稍后检索或交互式地被发送至计算机以立即使用。

地板垫/输入传感器：

任意尺寸的便宜的地板覆层可传送脚或鞋的高质量实时压迫像。每当脚步的压迫像被检测时，该信息可与指示当前时间的数据记录相结合。然后，时间标记的脚步被中继给联网的数字计算机，其存储该信息。通过对存储的脚/时间信息进行存取，可计算人们通过特殊位置的速率。IMPAD也可被用于安全应用中以检测禁区中的交通。当人们步行通过区域时，通过他们的鞋的压力特征或其它步幅特征，IMPAD可被用于跟踪人。它也可被用于跟踪轮式设备，例如：购物车、叉式升降机或机器人。例如，这可被用于再现特殊人们通过商店时的路径，以检测机场中的可疑活动或者检测已经在医院昏迷的人。

作为飞机机身和机翼、船体和潜艇船体上的涂层：

IMPAD设备可被包含在移动车辆的外表面的制造中。因为IMPAD设备的材料仅包括油漆层和薄的导电材料，因此整个IMPAD设备可被包含在车身或翼面上的外部油漆层的下方，而无需对结构完整性或防水中的任意一个进行权衡。

通过将IMPAD与车辆中的计算机相连，由此产生的外表面上的时变压力可被监控，以检测可被用于做出改善操控或其它控制决定的压力的改变。例如，如果来自于IMPAD设备的数据被用于检测流经飞机机翼的上表面的空气从层流转换为紊流——这指示失速状态即将开始——那么在无需人为干预或人为错误风险的情况下，在计算机软件的控制下机翼的跟踪角度可被立即减小。

此外，压力敏感IMPAD层允许车辆的车载计算机检测接触和损坏。IMPAD传感器的插值特征甚至允许粗略分辨率传感器查明任意损坏的位置，从而实现快速修复。

轮胎压力检测：

对汽车轮胎相对于路面的压力形式的不断监控避免了危险的轮胎爆炸情况，并且允许车辆上的车载计算机警告驾驶员需要更换或检查轮胎。与每个轮胎相对于路面的压力有关的更加精确的时变信息也可由电子悬架使用，以调节它们从而提供更好的牵引或里程。IMPAD传感器也可立即检测轮胎中的裂口或穿孔。因为IMPAD技术非常单薄并且因此不会明显地改变表面16的物理特征，因此IMPAD方法可被直接地且不明显地包含以作为制造轮胎的一部分，其仅在胎面内。

计算机技术：

很多互动多媒体应用可受益于压力敏感多点触控输入设备，其包括：数字绘画、动画和形状建模、动画角色设计、计算机辅助设计应用中的虚拟角色的3D塑造和计算机游戏和电影制作的艺术资产的快速创建。

例如，相同的IMPAD设备可独立地检测小的笔触摸和手姿势——并且相同的IMPAD设备可区分前者和后者，这是因为来自于笔触摸的压力信号仅影响由导体线的两个相邻行22和导体线的两个相邻列20限定的IMPAD表面上的单个正方形，而来自于手指或手掌的压力跨越了很多行22和列20。因为该差别，因此单个IMPAD设备可由操作员用于利用一只手使用笔或手写笔以使用绘画或塑造软件，而利用另一只手做手势以完全转换、旋转和缩放在软件中实施的虚拟工作空间例如虚拟绘画布，或在软件被塑造的虚拟3D对象。

在另一个实施例中，通过利用一只手或两只手的不同部位(手指和手掌)同时施加不同压力量的方式，或者通过利用复杂的压力标记在IMPAD表面上使用如绘画刷等工具的方式，艺术家可调节虚拟地形的高度特征，其在软件中被实施，以在计算机游戏或计算机动画电影中被使用。

在另一个实施例中，通过使用一只手或两只手的不同手指，动画形象的不同部分可按照不同的量和不同的方向被同时移动，其中每个手指被用于移动由很多链接部分或关节构成的动画形象的一个部分或关节的视在位置。

制图桌：

通过将IMPAD设备直接包含在制图桌的顶面16或者书桌或桌子的顶面中，将压力敏感多点触控操作与高精度素描、绘画和雕塑(如题为“计算机技术”的上一节所述)相结合的优点可被直接集成入由艺术家，动画师和设计师使用的桌面表面中。由这样的接口28提供的非常大的工作表面区域允许艺术家在大幅面上工作，同时保持两手输入、自由的手姿势和精确的压力敏感笔或手写笔位置的优点。这对于如建筑等领域特别重要，其得益于大工作空间与高精度输入的结合。

快速的文本输入：

因为IMPAD可同时且精确地检测其表面16上的很多触摸的压力变化，因此它允许比触摸打字的标准QWERTY或Dvorak方法更快的文本输入形式。通过使用IMPAD，打字人员可仅仅将所有十个手指放置在固定位置处，并且通过在无需实际移动它的情况下简单地弯曲手指的方式指示“按键”。该弯曲由计算机检测为表面16上的该手指的位置处的压力瞬时增加。因为没有要求手指实际移动，因此与将键盘的按键上的手指移动到按键的位置并且然后点击该按键的行动相比，该手势明显更快。

按照这种方式，十个手指的使用在虚拟键盘上生成了十个虚拟按键的等价效果。存在足够的按键个数以基于用于如T9系统[15]等文本输入(也即是说，几个字符被映射于单个按键并且不明确的结果经由字典查询被解决的方法)的消除歧义方法执行大量<i>字典中任意一个的变型。例如，打字人员的八个手指和两个拇指可分别被映射于下面的八个按键组和两个特殊按键：

abc def ghi jkl mnop qrs tuv wxyz SPACE_KEY NEXT_KEY

在这些方法中，可将相同的按键组合将解释为几个可能的词汇。例如，词“在......中(in)”使用与词“走(go)”相同的手指弯曲组合。当这种情况出现时，计算机软件假设用户正打算输入由存储在计算机存储器中的词汇列表决定的具有最高使用频率的词，其中该列表中的词按照最频繁使用至最少使用的顺序排列。当根据给定按键组合不止一个词是可能的、并且打字人员的意图是输入未与按键组合相匹配的最常使用的词时，打字人员可点击特殊的NEXT_KEY一次或更多次，其指示词汇列表中进一步靠后的连续匹配词而非最常使用的匹配词被使用。

这一系列技术的变体也可被实现，其中更多的字符与每个手指相关联。这释放了具体手指以被映射于标点、数位等。并且，通过同时压下多个手指，打字人员可指示各种切换状态，例如：切换至大写字母的字符集、数字的字符集或标点的字符集。额外的信息也可通过对由用户的手掌施加的压力进行分析的方式获得。例如，将压力施加于一个或另一个手掌可被用于转换至大写字母或数字的字符集。并且，将压力施加于手掌的左侧、右侧、顶部或底部可被用于转换至不同的状态或激活各种快捷方式命令。例如，将手掌向右倾斜可激活笔被跟踪的笔模式。将手掌平放至桌子上可被用作禁用或启用多点触控设备的手势。

实际上，这类输入方法比QWERTY或Dvorak更快，这是因为打字人员用于点击NEXT_KEY的时间偶尔需要大于由以下事实弥补的时间，即：由手指弯曲指示的等距按键远快于传统打字机键盘上的按键。

轮椅：

IMPAD传感器可被包含在轮椅的座位和靠背中，并且被连接于可被制造为小的且便携式的机载计算机，以便测量用户身体的各个部位相对于椅子表面的时变压力。当在相当长一段时间(例如：一小时或者更多)内，患者的身体相对于椅子表面的非零压力的压力模式已经存在未充分改变时，这指示患者处于长压疮的危险中，这可能是有害的。当该情况被检测到时，医疗护理工作者可被警告，或者如果通过移动他/她的身体位置的移动足以做出响应，那么患者可被警告，或者椅子内的被监控的设备可被激活以使患者的身体充分移动以消除危险。

病床：

IMPAD传感器可被包含在病床的床垫中并且与机载计算机相连，以测量用户身体的各个部位相对于床表面的时变压力。当在相当长一段时间(例如：一小时或者更多)内，患者的身体相对于床表面的非零压力的压力模式已经存在未充分改变时，这指示患者处于长压疮的危险中，这可能是有害的。当该情况被检测到时，医疗护理工作者可被警告，或者如果通过移动他/她的身体位置的移动足以做出响应，那么患者可被警告，或者床内的被监控的设备可被激活以使患者的身体充分移动以消除危险。

婴儿监控：

在使用用于病床的IMPAD的变体中，IMPAD传感表面可被嵌入婴儿床的床垫中。IMPAD被连接于计算机。从IMPAD至该计算机的信息被分析，以判断婴儿的移动和呼吸方式是正常的还是异常的。如果异常方式被检测到，那么计算机可立即发送信号以警告父母、监护人或医疗护理工作者。

可重构的控制面板：

在需要人工操作员与计算机化控制系统进行互动的工厂和其它工业设施中，每次当存在软件或其它操作改变时需要用于安装新的控制面板的费用可能很多。这种控制面板通常需要多个同时控制的操作(例如：利用一只手按下模式按钮同时用另一只手调节滑块值)。在这些情况下，单个触摸面板不足以替代实际控制面板。IMPAD提供了便宜且柔性替代物。通过将新的印刷板放置在多点触控检测表面上的方式，IMPAD多点触控的工业控制面板可被简单地重新配置，从而符合基本应用中的更新软件。

乐器：

IMPAD不仅可被用于创建用于现有乐器的便宜的计算机接口，它还可被用于快速地构造全新类型的乐器。

作为前者的实施例，单个IMPAD带可被放置在钢琴的音槌上(在远离这些带的音槌侧上)，以使它触摸所有音槌同时它们处于“上升”的状态。由于IMPAD能够测量其表面16的任意部分的压力的极其快速的变化，因此它可被用于测量音槌停止触摸IMPAD表面时的速率，以响应于演奏者的按键，并且它可被用于测量音槌再次接触IMPAD表面时的速率，以响应于演奏者的松键。该信息足以完整地获取演奏者的表现的所有细微差别，其成本远低于利用用于数字获取钢琴演奏的现有方法可获得的成本。

作为新型的乐器的实施例，IMPAD表面可被构造在吉他颈部的顶表面中。在这样的乐器中，当它被连接于计算机时，无需带。演奏者可沿着指板移动他/她的手指从而演奏乐器。甚至演奏者的手指的最小移动足以产生音乐效果，例如：音调振动(演奏者通过沿着指板的纵向摆动手指引起音调的小而快速的改变)或音量振动(演奏者通过摆动手指以快速地改变手指对指板施加的压力引起的音量的小而快速的改变)。

IMPAD表面也可被构造在电子鼓内，允许检测多个鼓棒撞击鼓时的力度。鼓棒撞击的位置可被用于调节声音，其方式与当侧面被更深地敲击时真实的鼓的声音改变形成更高音调且尖锐的声音并且当中心被敲击时真实的鼓的声音改变形成更丰富的声音的方式相似。

建筑材料：

当如建筑物或桥梁等任意承重结构过载时，它可能产生故障，并且这种故障可能导致生命和大量费用的损失。在故障达到危险期之前，一种用于警告即将发生的故障的经济的方式是将IMPAD设备嵌入支撑结构中。因为IMPAD具有低功率要求并且是便宜的，以及因为甚至粗略分辨率IMPAD设备可测量压力点的精确中心，因此在以前的技术将不充分或太昂贵或者两者皆有的情况下，IMPAD可为此被有效地包括。嵌入的IMPAD设备可被连接于小且便宜的低功率微处理器，该低功率微处理器也被嵌入结构元件中。当周期地调查IMPAD的微处理器检测到偏离预期压力形式的IMPAD上的压力形式时，它可利用诸如通过有线或无线网络发送信号或者以特殊射频发送信号等一些传输方法，给计算机发送警报，从而识别处于危险中的结构元件。该技术可被用于建筑物、桥梁、船/潜水艇船体、风力涡轮机、船舶帆和可能期望它的任何其它结构。

库存控制：

仓库、杂货店和需要监控库存水平的其它位置中的货架可与IMPAD表面并列，其可被连接于计算机或计算机网络。通过跟踪已知在设施(例如：商业产品的盒子或瓶子或罐子)中的特殊位置处的一组已知项的重量，监控IMPAD设备的计算机能够跟踪整个设施的库存的变化量。

便携式电子设备：

IMPAD设备提供了一种经济的方式，其用于启动在便携式电子信息设备的整个前表面或后表面或侧表面或所有表面上的真实的压力敏感多点触控。当IMPAD在前表面上被使用时，通过使用如本文其它地方所述的明确的力敏电阻材料和透明的导体，IMPAD被制造为透明的。使用IMPAD将用户信息发送给该设备中的计算机处理器120允许用户的更多细微表现手势，并且因此允许比通过未给计算机提供空间变化压力信息的接口而能够实现的用于用户交互的更丰富的手势词汇。例如，由按压之后对表面的撞击(即：瞬间增加手指对表面的压力)构成的手势可与简单的撞击手势进行区分。识别包含压力变化的手势并且因此响应于手势的能力将IMPAD基本接口与不具有测量压力变化能力的基于如电容感应等输入方法的接口进行区分。

工具的手柄表面：

IMPAD可被包含在人类手中持有的任意仪器例如：刀、锤、网球拍、高尔夫球杆的手柄中，并且用户手柄的空间和时间变化压力可被发送给工具内的小的机载微处理器，以用于分析或用于存储以待稍后分析。如果工具可能存在危险，例如：电锯或电钻，那么IMPAD可被用于快速地检测和响应于手柄中的任何异常，这些异常指示工具即将从用户手中脱落，并且工具的电源可被快速地切断以响应于该异常。在如外科手术刀等需要培训和技巧以正确使用的工具或如网球、壁球球拍、高尔夫球杆等运动设备情况下，来自于手柄内的IMPAD设备的信息可由计算机处理，并且该处理信息可被用于给用户提供关于如何改善他们的手柄从而改善表现的建议。

与用户表现有关的其它对象或设备也可利用IMPAD设备，以监控他们如何与其它对象互动。例如，球以及运动设施的地板和墙壁可提供反馈以辅助评分和表现评估。在具有IMPAD设备的球位于其外表面上方或仅在其下方的情况下，微处理器被放置在球内，并且由该微处理器从IMPAD设备处采集的信息可根据应用的需要被立即无线地传输至计算机或者被存储在微处理器的机载存储器中以用于稍后检索。

运动服、鞋和器械：

通过将IMPAD包含在衣服中(如本文其它地方所述，IMPAD设备可形成于布类结构中)并且将因此收集的信息发送到身体携带的小的微处理器的方式，在运动表现期间身体的压力和弯曲可被监控，从而辅助评估反馈和避免用力过度或不健康的姿势或其它实践。当IMPAD表面被放置在鞋或其它鞋类中的任意部分(不仅在脚的下方，而且在如脚趾、脚跟和脚的侧面)中时，与作用在脚的任意部分或所有部分上的力有关的综合信息可被收集。IMPAD设备还可被包含在便宜且重量轻的手套中，并且该信息被发送给配戴在身体上的计算机。该计算机可立即处理该信息、将它存储以供稍后检索或者将它传输至远程计算机，以使所有触摸和手柄信息可不断地被监控。

对肢体运动、脚上的力和手/手指的手柄信息进行监控的一个应用是在表现捕捉中，其可被用于动画和木偶控制、用于虚拟现实环境中的操纵和导航、用于机器设备的控制和治疗及其它生理监控。

IMPAD也可被包含在运动器械中，例如：球棒、高尔夫球杆和网球球拍，以给运动员提供与其撞击有关的即时反馈。它也可在运动场的表面中被检测，从而检测球的影响。

沿着流体/固体接口测量空间变化压力

IMPAD的一个应用领域是使得用于连接气体量或流体体积的具有空间变化压力的表面排整齐，例如，利用基于IMPAD的材料将水管的内侧排整齐，从而监控流量和压力积聚。并且，IMPAD层可被包含在船舶或潜艇的外部船体以及飞机的机翼和机身中。

允许流体流过的IMPAD多孔构造可检测流过阀门和管的流，并且从而检测那些流中的杂质或对象。

调查纤维和布类编织结构

编织结构允许高材料强度和弹性以及拉伸能力。通过利用力敏电阻套对这些薄线进行涂覆，IMPAD形成于编织结构中。这些涂覆线被编织在经纱和纬纱的结构中。如同IMPAD的其它实施一样(图18)，沿着两个轴中的每一个的有效控制导线之间的无源线增加了响应的双线性。

下面将进一步描述并且对上述内容进行补充。

可由数字显示设备使用的网格技术

IFSR的透明网格实施方式可按照如下方式被执行。导电材料的细平行线被放置在干净的基底上——其可为塑料或玻璃。这些线被印刷或蚀刻在基底上，或者通过任意其它已知方法被放置在基底上。

在图37中，该层以特写(1)和广泛视角(2)的方式被显示。

可使连续平行传导线之间的空间偏差(即：线的“间距”)与数字显示设备的像素间距匹配，数字显示设备例如：包含TFT电子网格的LCD显示器。在这些设备中，TFT网格本身不是透明的。如果平行传导线的图案的间距与显示器的像素间距匹配，那么当最终IFSR传感器设备被放置在数字显示器的顶部时，传感器将与显示器的TFT网格的二个维度中的一个对准。因此，覆盖的传导线将仅阻碍已经不透明的TFT网格，并且因此传感器存在于显示器表面将不会明显地降低显示器设备的亮度或清晰度。

在平行的传导线的顶部上覆盖着FSR材料的正方形网格，其以特写(3)和广泛视角(4)的方式在图中被显示。该网格的间距被匹配于平行传导线的间距，以使每个连续传导线是由FSR网格图案的一个连续行覆盖。

FSR材料可通过喷墨式工艺或者通过蚀刻工艺或者通过用于将图案油墨覆盖在表面上的任意其它已知方法被放置。

一旦油墨网格已经被添加在透明片的顶部以使它覆盖平行传导线，那么由此形成的单个单元成为双侧IFSR传感器(5)的一侧。

为了装配IFSR传感器，两个这样的侧(5)和侧(6)被放置为彼此接触，以使它们的油墨网格相互接触并且在几何上对准，并且以使它们各自的平行传导线相互垂直。

IFSR传感器的“网格实施方式”允许光线无阻碍地通过网格图案的确定部分。具体地，假设传感器的网格图案的间距与数字显示器的像素间距匹配并且数字显示器的像素之间的TFT阵列与传感器的印刷网格图案对准，那么网格图案不会阻碍放置传感器的数字显示器的视图。

在所有其它方式中，传感器的表现与IFSR传感器的任何其它实施方式相同。其拥有相同的区域插值力成像能力、相同的外部接线和电子装置以及用于读取时变压迫像的相同的扫描算法。

菱形图案

将水平传导线用于本发明的一个表面并且将垂直传导线用于另一个表面以形成提供传感器表面的各个部分的网格的方式存在两个缺点。一个缺点是返回线需要从表面中的一个返回至控制电子电路。这些返回线必须(1)在有效传感器区域的外侧环绕，从而给传感器提供不活跃的边界区域以包含这些返回线并且因此使利用传感器将更大表面进行倾斜变得更加困难，或者(2)通过第三堆积层返回至电路，从而增加构造传感器的费用和制造步骤的个数。在这两个可选择的实施方式中，由于返回线的不同添加长度，因此由此产生的传感器具有不同长度的传导线，这导致不同传导线之间的电阻的差别。该特征使得精确确定传感器的所有部件处的压力变得更加困难。

为了避免这些缺点中的任意一个，实施方式被描述，由此传导线以与这些传感器边界方向偏离45度角、对角地通过传感器表面。沿着一个表面的传导线从右下角延伸至左上角，而沿着其它表面的传导线从左下角延伸至右上角。该配置形成了一组菱形片，从而保持了这样的特征，即：传导线和顶表面和底表面分别以直角相交。

在该配置中，与控制电子电路的所有电子连接可沿着底部边缘形成。沿着第一表面的左边缘的每个传导线短路到沿着第二表面的左边缘的相应位置的传导线。此外，沿着第一表面的右边缘的每个传导线短路到沿着第二表面的右边缘的相应传导线。在该配置中，传感器的所有传导线具有相同的长度(从而保证所有传导线的相等电阻)，并且无需添加返回线。

图38示出了具有对角传导线的NxN传感器。(1)表示第一表面的传导线中的一个(灰色的)。(2)表示第二表面的传导线中的一个(黑色的)。(3)表示第一表面的传导线和与其一致的第二表面的传导线的短路，其中两个传导线通过传感器的左边缘。(4)突出了传感器的底部边缘，其中所有2N个传导线的末端可被用于与控制电子电路相连。(5)表示传感器的底部边缘的边视图。在该视图的下半部分是沿着第一表面延伸的传导线的N个末端，它们在传感器的底部边缘处终止(如灰色所示)。在该视图的上半部分是沿着第二表面延伸的传导线的N个末端，它们在传感器的底部边缘处终止(如黑色所示)。

在图39中，仅片是有效的，并且该片已经由大黑点标记。沿着传感器的底部边缘，两个连续传导线由控制电子电路激活，以便在沿着第一表面被标记的片上，沿着片的两个对角线维度中的一个产生电势差。这些传导线中的一个i包括电源电压并且另一个i+1被接地。

同样地，沿着传感器的底部边缘，另外两个连续传导线由控制电子电路激活，以便在沿着第二表面被标记的片上，沿着片的两个对角线维度中的另一个产生电测量。这些传导线中的一个j被连接于电压测量电路并且另一个j+1被接地。

在传感器的一个完整扫描的过程中，通过将这种传导线的可能有序对顺序地设置为不同的值(i，，i+1)和(j，j+1)，其中i+1＜j，传感器的2N²个独特菱形片被顺序地单独测量。

同样地，整个传感器可沿着一个维度被拉伸，以使菱形片中的每一个在一个维度中被拉长。

由于不需要返回线，如前面所述，利用由FSR材料涂覆的下面的/上面的编织结构的导体，传导线的这种对角排列特别适用于编织物实施方式，这是因为与控制电子电路的所有电子连接可沿着织物的一个边缘被本地化，其可用作织物面料的接缝。图40示出了这种导体配置。

其它可选择的实施方式

FSR可仅被放置在传感器的一侧上。另一侧可由非FSR的电阻材料覆盖。只要一侧具有FSR，那么压在一起的两种材料的组合将用作FSR。可选择地，另一侧可具有暴露的导线和/或氢醌线，其具有沿着一个边缘延伸的电阻带，以提供另一侧上的插值质量。并且，我们已经显示了UnMousePad的两个可选择的实施方式，其中表面内具有裂口，FSR未形成连续表面。在这些实施方式中，一侧上的FSR可由电阻材料替换。所有的实施方式可被混合和匹配，以使一个实施方式是在顶表面上而另一个实施方式是在底表面上。

具有这样的传感器也是可能的，即，通过对一侧上的UnMousePad型表面与另一侧上的简单电极阵列(其可以可选择地由非连续FSR带或电阻带覆盖)进行混合和匹配，该传感器在一个维度中比如垂直地具有插值特征，并且该传感器在另一个维度中比如水平地不具有插值特征。

传感器的一侧或两侧可被印刷在刚性材料(例如PCB)上。刚性材料可用作传感器的底部。如果刚性材料足够薄或者足够柔性，那么它还可能检测通过它的力。

通过将材料带一起放在顶侧并且将垂直的材料带一起放在另一侧上的方式，可产生真正大的UnMousePad表面(对于如舞厅或舞蹈地板等应用)。这些材料带将具有由FSR覆盖的沿着它延伸的电极。通过将这些材料带放置在一侧上并且将具有垂直电极的材料带放置在第二侧上的方式，可产生真正长的UnMousePad表面(用于覆盖走廊或墙壁)。第二侧将需要具有沿着它延伸的返回导线，它可被印刷在材料的对面上并且通过孔被连接，或者它可被印刷在相同侧上并且利用绝缘层分离(该原则也可被用于更小/更短的传感器)。

与其它传感技术结合

几个其它触摸检测/手写笔跟踪技术使用电极的网格。例如，电极的网格有时被用于如Apple iPhone等电容设备中，并且也可用于如Wacom的数位板的等磁性设备中。因为我们的传感器使用低频模拟电压，因此它可同时使用用于磁性检测或电容检测的电极的网格。这可根据力检测同时完成或者在独立时间片中完成。

电力地，为了制造电容传感器，电容传感器电子装置将简单地需要被电连接于UnMousePad传感器的电极和/或氢醌线。如果多个电极或氢醌线需要被绑在一起以减小电容检测的分辨率(由此减小成本)，那么它们可利用彼此之间的小容量电容被绑在一起以避免干扰电阻力检测。这是因为被用于力检测的低频模拟信号将不会通过电容，同时被用于电容检测的高频率信号将仅通过电容，就好像它们不在那里一样。

为了制造磁性传感器，电感应圈需被创建在传感器表面上。这可通过具有塑料片中的另一侧上的返回线或者绕着传感器的外围延伸的返回线的方式完成。返回线可利用电极、氢醌线或这两者形成线圈。为了使这些线圈不会电干扰电阻力检测，小容量电容可被放置在每个返回线上的这些线圈上的电流路径中。因为具有电容检测，这些电容将中断低频模拟信号的流动，从而允许力检测同时允许用于磁性检测的高频信号通过。

并且，UnMousePad原理还可应用于除了力以外的其它自然现象的检测。例如，它们可被用于测量光波、声波或任何其它电磁波。例如，为了检测光波，如用于Hamamatsu传感器的材料可被放置在透明的或部分透明的UnMousePad的两层之间，该材料响应于入射光而改变其电阻。为了检测声波，产生电压(例如：压电换能器)或响应于振动而改变其电阻(FSR)的材料可被用于UnMousePad的层之间。为了检测电磁波，响应于电磁波的激励而改变其电阻的材料可被使用，这些电磁波包括可见光谱之外的电磁波，例如微波或红外光。

图41是示出了氢醌导体可如何利用电容被绑在有效线上以将电阻检测与电容检测进行组合的图。注意，根据标准的UnMousePad技术，旋转了90度的导体线相似图案在传感器的第二层上被使用。

图42是示出了氢醌电感线圈可如何利用传感器背面上的返回线被形成的图。电容可被放置于在返回线上流动的电流路径中以保留电阻感应能力。注意，根据标准的UnMousePad技术，旋转了90度的导体线相似图案在传感器的第二层上被使用。

非传导液体

如矿物油等非传导液体可被放置在FSR材料的两层之间。在透明的实施方式中，这减少了来自于透明油墨的表面的光散射。在包含不透明实施方式的任意实施方式中，这防止了如水等液体进入传感器，同时还使传感器反应更少以快速施加力，这在利用传感器测量缓慢变化的力时是期望的。这也使传感器滤除了由于弯曲产生的力以及由于气压产生的力，或者压在传感器外侧上的流体的压力。这种传感器的一种可能应用是用于涂覆船只或潜艇的船体，以检测碰撞或存在潜在危险的情况。不论从外侧施加于它的压力，传感器内的液体阻止传感器的两侧触摸；液体还防止压力的快速变化的采集，例如：由波引起的压力快速变化。然而，如由与沙子、石头、码头或其它船只碰撞引起的压力等被施加于传感器的任何有力的或长期持久的非均匀压力将被检测，并且该压力可被用于警告船长或船员存在潜在危险的情况。

制造技术

力敏橡胶(例如：由peratech制成的力敏橡胶)或具有随着施加的力增加的电导率的相似柔性材料(例如：浸染了传导粒子的橡胶、硅橡胶或凝胶)可被放置在不具有电阻或FSR涂层的两层之间。如果橡胶具有足够的厚度，那么沿着两侧的表面，传感器将具有适当的传导/插值特征，以及在垂直于传感器表面的方向上具有适当的力感应特征。在另一个实施方式中，传感器的顶层和底层上的电极首先由电阻材料涂覆。然后，力敏橡胶材料可被放置在两层之间。与通过由于施加的力引起的顶层和底层之间增加的接触区域检测压力的FSR传感器不同，这种传感器基于由于施加的力引起的电阻的容积变化来检测力。力敏橡胶材料可被铸造为各种形状，并且可被制成可在上层与下层的电极之间延伸的片。其不同的部件可具有变化的厚度，这在如检测压力的鞋垫等实施方式中是有用的。该材料也可以通过液体的形式被注射至两个传感器层之间，并且允许固化，从而消除这些层之间的任何空隙。通过将硬化剂混合至液体形式的材料中、注射它并且允许硬化剂进行化学反应和固化的方式，可实现固化。在另一个实施方式中，材料可被选择为在室温时是固体但是在更高的温度时是液体。该材料可被加热为它变成液体，其被注射在两层之间并且允许硬化。

在很多原型中，所有FSR涂层是利用丝网印刷工艺被印刷的。通常，丝网印刷设备沿着一个方向在屏幕上重击油墨。这导致材料中的条纹。在产生更均匀涂层的可选择实施方式中，油墨是在连续印刷层上的可选择的非平行方向或反平行方向上、在传感器上被铺扫开的、以产生最终印刷FSR中的条纹。

除了丝网印刷银导体以外，另一种形成电极的方式是通过将如镍或其它传导材料等薄的金属薄膜(利用溅射)进行沉淀，并且然后利用掩膜和酸进行蚀刻、激光蚀刻或机械蚀刻(刮掉材料)，以形成期望的电极图案。然后，利用电镀，电极可被制得更厚。通常，电压需要被施加于将被电镀的电极。这可通过具有以下导线被有效地完成，即：该线将所有电极一起连接在一个末端上，该末端接近电子装置通常被连接的区域，并且该线延伸至对被用于电镀的电路进行连接的区域。因为仅电镀步骤需要连接，因此在电镀之后，连接电极的导线可被剪切或切断以对电极进行电分离。金属的电极具有较低电阻并且因此更精确检测的优点。它们也可被制造得比印刷的银电极更薄，同时仍然保持良好的导电性和弹性。更薄的电极进一步改善了检测的精度。

另一种形成电极的方式是在玻璃、塑料或其它基底中蚀刻凹槽。通过如刮掉材料等利用掩膜、激光或经由机械装置进行化学蚀刻，蚀刻可生效。可选择地，具有凹槽的材料可通过铸造产生，其中模具按照这种的方式被加工以产生具有凹槽的材料片。然后，其上具有凹槽的基底可利用如薄的铜或其它金属涂层等导电材料层被涂覆。然后，顶层可被移除，仅留下凹槽中的材料。该方法的优点是上表面将是光滑的，具有实质上与它们的厚度相同的导体，从而减小了它们的电阻。

另一种形成电极的方法是插入可选择的薄传导材料层和非传导材料层，从而形成包含“斑纹”图案的材料块。在材料被完全固化为固体之后，它可沿着与原始平面层的方向成非零角度的方向被切为薄层。该过程产生薄的固体片，其包括可选择的传导材料带和非传导材料带。

另一种形成电极的方法是制成薄导体，例如：将薄的铜箔带铸造在如塑料等基底上。这是在工业上使用的以产生一些扁形柔性电缆(FFC)的技术。该技术具有不产生任何废弃材料的优点，因此它可比需要蚀刻的方法更便宜。它也是用于产生大尺寸的传感器例如用于覆盖地板和墙壁的那些传感器的非常好的技术，因为电极的高精度定位不是如此重要。通过以下方式，即，利用零插拔力(ZIF)插座，利用相对于电路板被推高的夹压连接器、斑纹连接器或其它z轴导体，或者通过在接下来的印刷步骤中印刷布线图以将电极连接于外部电子装置，可对所制造的传感器进行连接。

另一种形成电极和FSR层的方法是喷墨式印刷。喷墨式印刷具有能够在任意期望的结构中形成非常精细的图案的优点。它也可形成非常光滑的FSR油墨层。喷墨式印刷的另一个优点是不存在废弃材料，因此它可比需要蚀刻的方法更便宜，实际上也不存在由于修改传感器形式或设计引起的附加的产品成本。

另一种形成非常光滑的FSR油墨层的方法是在经由如喷墨式印刷或丝网印刷等方法，在应用FSR油墨之后且在油墨未干之前，在任意方向上以高频率振动基底。振动可用于均匀地分布FSR油墨，从而形成光滑的上表面，其反过来改善了最终产品中的检测精度。

质量控制

通过将导线连接于每个电极的每一侧并且测量电极之间的电阻以及电极的电导率，UnMousePad可被电测试。通过完全装配传感器并且然后将已知压力施加于已知点处(并且测量来自于电子装置的正确输出)或者通过将均匀压力施加于整个传感器上并且核查整个传感器上相同的信号，UnMousePad的压力灵敏度可被测量。通过将由如橡胶等软的力扩散材料的薄片覆盖的固定板推动在传感器上，或者将不具有下表面的密封盒型容器放置在UnMousePad上并且然后利用各种气压给它打气(橡胶垫片可被提供在边缘上以防止漏气)，这可被完成。

为了核查传感器的FSR层的均匀度或者验证FSR层不包含孔，UnMousePad可利用如通常用于扫描纸片和摄影幻灯片的扫描仪等光学扫描仪被扫描。在纸扫描模式中，扫描仪将查看传感器表面的所有细节，但将不会查看哪里有孔。在幻灯片扫描模式中，当被扫描时我们用光照射传感器。由此，所有孔显示为亮点。如果不同颜色的光被用于扫描表面并且被用于扫描孔，那么这些扫描模式被结合并同时执行。

一旦扫描被执行，那么可获得传感器的大的高分辨率图像。该图像可通过已知的软件方式分析以寻找缺陷。该图像也可被存储在存档文件中以随着时间的推移跟踪缺陷的影响，并且如果在传感器的操作寿命期间在一些点处存在传感器故障，那么该图像也可被存储在存档文件中以查看传感器是否有最初就包含的加工损坏。

UNMOUSEPAD安装、表面涂层

在很多情况下，可期望安装UnMousePad传感器以使一侧被连接于刚性表面。这防止传感器被弄皱。第二优点是，如果传感器被放置在粗糙的表面上，那么然后传感器可错误地将表面上的凸块记录为触摸。将传感器放置在刚性表面的顶部可避免这种情况。

其次，可使UnMousePad的外壳覆盖边缘。在该结构中，外壳可在实际上将UnMousePad的顶部和底部保持在一起而无需如VHB等双面胶，从而减小装配成本。在该配置中，延伸至顶层和底层上的电子装置的UnMousePad的迹线需要彼此绝缘。此外，在该结构中，UnMousePad的顶表面和底表面需要通过一些机械装置保持彼此对准，例如：通过被切入两层的标记孔的引脚或螺钉。

对于一些如用于打字或用作乐器等的应用，可期望UnMousePad具有柔软的表面。为此，UnMousePad可被覆盖有如橡胶或硅胶等柔软的材料。该材料可以可选择地由诸如合成织物或特氟隆等光滑的薄材料层覆盖，以给手指的流畅滑动提供光滑的上表面。传感器也可由更粗糙的表面覆盖，例如纸或用于更舒适的写作的具有纸张纹理的塑料。可选择地，UnMousePad可被放置在橡胶表面的顶部上。如果传感器足够薄，那么当用户手指撞击UnMousePad时，UnMousePad下方的表面将缓和用户手指的冲击。在该结构中，表面也可由光滑表面或者通过具有纸张纹理的表面涂层。

对于一些应用，可期望具有两个或更多个不同纹理或可利用的柔和。通过利用不同材料对UnMousePad的两侧的外侧进行涂覆，两个纹理可被提供。例如，一侧可利用橡胶材料涂层，其由适合于触摸互动的光滑织物涂覆，而另一侧可利用更坚硬的材料涂覆，其具有适合于书写的纸张纹理。另一个实施例是这样的材料，即：其在一侧上是有弹性的以用作乐器，而在另一侧上是光滑的以用作允许演奏者在音符之间容易地滑动手指的吉他型乐器。可选择地，可在UnMousePad的表面上被移除和替换的材料可被提供。这些表面可为粘的、磁性的，或者具有其它安装装置，以使它们不会以不期望的方式在UnMousePad的表面横向地滑动。

可选择的读取电子装置

为了检测光触摸，期望能够检测传感器输出上的非常低的电压。此外，对于更精确的跟踪和检测，期望检测电压的微小变化。这可通过几个方法实现，这些方法可每次使用一个或结合使用。一种方法是使用具有更多输出位的模数转换器。更多位通常意味着更小的电压变化可被测量。第二种方法是降低模数转换器的模拟电压参考。这降低了被读取的电压范围的上限(以使高于模拟电压参考的电压根本不能被读取)。然而，同时，这也允许对低于模拟电压参考值的电压的更精确读取。另一种改善传感器的敏感度的方法是使用电压增益放大器，其可在电压已经被发送至模数转换器之前对小电压进行放大。通过所有这些方法，敏感度可实时地改变，以允许高动态范围的扫描。通过方法1，扫描的位的个数可被改变，通过方法2，模拟电压参考可动态地切换，并且通过方法3，增益的大小可在扫描期间根据需要改变。

一系列检测电阻(具有已知固定阻抗的电阻)可在一侧上被连接于传感器的输出线中的每一个，并且在另一侧上接地。该配置允许在无需利用数字电子装置以将管脚接地的情况下，同时检测所有输出或者一次检测几个输出。检测电阻需要具有非常小的阻抗，并且输出通常需要利用模拟增益放大器进行放大。在检测电阻中使用低电阻避免了压迫像的模糊。因此，所述的结构具有改善传感器设备的位置读取的线性的优点。

可选择地，传感器的输出中的每一个可被连接于电流至电压放大器。电流至电压放大器使传感器的所有输出接地，同时允许电压被读取，其对应于流经每个传感器输出管脚的电流量，该电流量被需要以使管脚电压接地。因此，所述的结构具有改善设备的位置读取的线性的优点。此外，电流至电压放大器可服务于放大信号，这可改善对小的力和施加于传感器的力的小变化的检测。

移位寄存器可被用于将传感器输入的管脚驱动至如+5V或+3.3V等小的正电压或者接地。任意个数的移位寄存器可被链接在一起以扩展检测表面的大小。通过将几个位移动至移位寄存器，该移位寄存器在行中具有几个1值，其前或后或两者均有0值，我们可同时给多个输入供电。因此，所述的结构以较低的分辨率但更快的扫描速率有效地扫描传感器。

在输出上，给模数转换选择通道的模拟复用器可与能够将线驱动到地或者驱动进入高阻抗状态的逻辑结合使用。允许该能力的逻辑包括：具有输出使能输入的移位寄存器(其可使移位寄存器的所有输出进入高阻抗状态)、可在输出状态与输入状态之间切换的端口扩展器、具有开漏极或开集电极输出的移位寄存器、通用微控制器I/O管脚、一些类型的可编程逻辑阵列(PLA)、或与包含开漏极或开集电极输出的反相/非反相缓冲器结合使用的移位寄存器。为了以较低分辨率但较快的扫描速率扫描传感器的输出，需要使几个相邻驱动管脚进入高阻抗状态。此外，为了能够以变化的分辨率扫描传感器，期望来自于传感器的几个相邻输出经由模拟复用器连接于相同模拟线用于扫描。这可通过使用在传感器输出和普通模拟线之间连接的SPST(单刀单掷)模拟开关实现。这也可通过对如8:1模拟复用器等模拟复用器的输入进行交叉存取的方式实现。例如，如果两个模拟复用器被使用，那么mux1的管脚1可被连接于传感器的管脚1，mux2的管脚1可被连接于传感器的管脚2，mux1的管脚2可被连接于传感器的管脚3，mux2的管脚2可被连接于传感器的管脚4，等等。复用器的普通输出可被电连接在一起并且然后延伸至所使用的无论哪种模数转换器。利用这种结构，通过将传感器的任意两个相邻管脚同时连接于模数转换器输入，我们可同时从传感器的该任意两个相邻管脚处进行读取。本领域技术人员可看出，通过按照这种方式链接更多的复用器，任意的大量相邻管脚可同时被连接于模数转换器的单个输入。

制造定制芯片是可能的，这些定制芯片可使任意单个管脚或管脚组合(例如：8个管脚一起)接地或接电源、可使管脚进入高阻抗状态或者可将管脚连接于共同的模拟总线，或者可通过利用上拉电阻使用开漏极或开集电极输出将管脚连接于数字输出的方式检测输入的数字值。这种类型的芯片实质上将用作端口扩展器，其具有允许在任何输入管脚或多个输入管脚上进行模拟检测的附加能力。为了选择各种管脚的模式，移位寄存器或多个移位寄存器可被用于在管脚的模式中转换，并且然后在输出上获得结果，这些都在一个步骤中完成。可选择地，I2C总线或串行UART总线可被用于与芯片进行通信。

利用与一个或多个模数转换器耦合的如FPGA、PLA、CPLD或SPLD等用户可编程逻辑替代微控制器以读取来自于传感器的值是可能的。使用与微控制器结合的这种可编程逻辑以读取来自于传感器的值也是可能的。微控制器的使用在前面的实施例中被示出，并且本领域技术人员将认识到，如本段所提到的可编程逻辑等其它类型的逻辑可替代微控制器以执行读取以及对来自于我们的传感器的力的处理。

在本文所示的很多传感器的实施方式和图表中，通常使与电子装置相连的列电极和行电极在传感器的相同区域中制成，其中来自行电极的导线绕着传感器延伸，以与来自于列电极的导线在相同的区域中停止。该结构仅是用于这些连接导线的一种可能的结构。一个可选择的结构是使导线从列电极垂直地延伸至传感器上方或下方的电路板，同时使来自于行电极的导线水平地延伸至传感器左侧或右侧的独立电路板。该结构缩短了连接于电子装置的这些线必须延伸的路径，并且减小了这些导线所需的边界区域量。它还将电子装置分离，其用于驱动来自于被用于读取行的电子装置的列进入两个电路板。电路板可利用独立的电连接被电连接于彼此，以允许它们彼此交流，这些独立的电连接包括一个或多个导线。

在一些示例中，我们描述了列电极被供电同时行电极被读取，或者我们描述了列电极被读取同时行电极被供电。这样做是为了说明的目的。因为在大多数实施方式中我们的传感器的顶部和底部具有相同的结构，因此它们是可互换的。因此，如果行电极被读取并且列电极被供电，那么交换角色是可能的，即：给行电极供电并且从列电极读取，反之亦然。此外，因为行和列是可互换的，因此可直接制造可工作在两种模式下的电路。例如，在一个通道中，电路可给行供电同时从列读取，在第二个可选通道中，它可给列供电同时读取行。由两个扫描记录的压迫像的组合可通过平均或其它方法被结合，以产生更精确的最终压迫像。对于产生这种电路必要的事情是将行电极和列电极都连接于这样的电路，即，该电路可分别给它们供电、将它们接地、使它们进入高阻抗模式或者利用模数转换器读取它们的电压。

触摸跟踪

所有用于分析压迫像的算法可在主CPU或驱动传感器的微控制器上执行，或者在CPU与微控制器之间的任意组合中执行。

#1.在利用漫溢填充算法找到局部最小值以及找到连接组件之前，通过使用线性插值提高图像的分辨率是有利的。优选地，该图像被提高为原始分辨率的至少四倍。该提高具有这样的效果，即：当那些组件彼此靠近时允许接下来的漫溢填充算法更好地分离连接组件，这显著地改善了跟踪连接组件的可靠性。

#2.通过#1产生的提高图像可通过将提高图像与高斯函数或其它模糊核进行卷积的方式被平滑。该模糊操作改善了峰值检测阶段中峰值的检测，这允许对彼此接近的手指进行更可靠的检测。模糊操作也减小了当实际上应该仅存在一个峰值时检测多个峰值的可能性。由于提高包含鞍点的压迫像，因此该误读可能发生。在主要目的是检测人类手指触摸的情况下，使模糊核具有与典型的人类手指的半径相近的半径，以优化手指检测。模糊的压迫像应该仅被用于检测峰值和包围它们的那些区域。因为模糊可将误差引入这些计算中，因此模糊压迫像不应该被用于计算力和位置。

#3.通过对广度优先迭代方法进行填充，以每次一个像素的方式扩展所有区域的半径，并且然后以一个像素再次迭代地扩展所有区域直到没有区域可被进一步扩展为止，对峰值周围的区域进行检测和漫溢填充可被改善。

#4.当触摸非常轻时，在压力接近检测阀值的情况下，这些触摸可能在被检测到(被称作“1状态”)与未被检测到(被称作“0状态”)之间交替。这是不期望的，因为这在触摸的下游处理中产生了大的向上触摸和向下触摸事件流。并且，用户可发现，不期望看到在正在被直观显示的触摸与未直观显示的触摸之间的摇摆。并且，这种选择使得随着时间的推移应用软件给手指触摸建立一致特征变得更加困难。这类问题通常是通过使检测(即：从0状态转换为1状态)的阀值高于检测结束的阀值(即：从1状态转换为0状态)的方式解决。按照相似的方式，一旦触摸已经被检测，那么期望在下一帧时降低该触摸的检测阀值，以使触摸可更有效地被跟踪。这是经由反馈回路执行的，如下所述，无论触摸何时被检测到，在触摸在下一帧时被期望看到的位置处，触摸的偏置图像被添加至压迫像，其具有约一半的检测阀值的强度。该期望位置可通过对触摸的移动进行线性外推的方式估计，例如，通过假设触摸将以与它在最后两个帧或数据上移动的速度相同的速度继续移动，或者通过假设它将沿着与它在数据的前三帧期间移动所沿着的曲线相同的曲线，以相应的速度和加速度移动。因为添加的偏置图像具有一半的检测阀值强度，因此对于将被遗忘的触摸，由触摸施加的力将需要下降至检测阀值的一半。该算法解决了早前所述的不希望的在0状态和1状态之间瞬间转换的问题。具有被添加在其中的偏置图像的图像应该仅被用于触摸的峰值检测和寻找触摸区域。该图像不应该被用于计算触摸的力和位置，这是因为偏置可在这些操作中产生误差。相反地，实际的原始压迫像应该被用于计算触摸的力和/或位置。

#5.在前面的临时专利申请中，我们描述了用于跟踪不同帧的连接段并且将唯一ID分别给跟踪的手指/手写笔位置的技术。然而，我们先前的描述未对下述内容进行描述，即：当两个触摸变得如此接近以至于它们变得不可区分(我们称之为触摸合并事件)时发生的事情，并且同样地，当紧靠在一起并且被传感器解释为单个触摸点的两个触摸移动得足够分离以使它们被检测为两个独立的触摸点(我们称之为触摸分离事件)时发生的事情。如果未正确地处理这些事件，那么它们分别看起来分别好像触摸消失了或者好像触摸变得可见了。然而，在使用这些事件的下游软件中正确地检测触摸合并事件和触摸分离事件是有用的。这些事件的检测可按照下面的方式被执行：当接近另一个触摸的触摸消失时，我们可检测触摸合并，并且在下一个帧中检测到的由此产生的触摸的力近似等于来自于前一个帧的两个触摸的力之和。当触摸合并时，事件应该被发送给下游软件，其指示具有ID A的触摸和具有ID B的触摸已合并为具有新的ID C的触摸(其中A、B和C是不同的唯一标识符)。当在接近单个触摸的区域中时，我们能够检测触摸分离，在下一个帧中，检测到的两个触摸的力之和等于来自于前一个帧的单个触摸的力。当触摸分离时，事件被发送至下游软件，其指示具有ID D的触摸被分离为具有ID E和ID F的两个触摸(其中D、E和F是不同的唯一标识符)。

#6.平滑。期望在时域中对来自于传感器的压迫像进行平滑以消除由于电子干扰引起的细微变化。这可通过利用来自于前一个帧的值对每个随后的压迫像帧进行平均的方式实现。该平均可被加权以更加重视当前帧或前一个帧。运行的平均可被保持以对更多帧进行平滑而不是仅前一个帧(这导致来自于前一个帧的贡献呈指数衰减)。此外，可对平滑执行触摸和/或手写笔检测/跟踪的下行算法。这可通过在时域中利用本领域众所周知的平滑技术对被跟踪的触摸的坐标、力和形状进行平滑的方式执行。

#7.在具有氢醌导体的传感器中，笔可被检测，这是因为笔在连续氢醌线上的移动引起幅度的小波动，从而当笔在传感器表面上移动时使测量力中产生相应波动。这是由于这样的事实引起的，即：与当笔尖与这些交点相距最远时相比，在笔尖最接近的两个导体之间的交点的那些位置处，存在略多的电导率。该现象没有响应于手指触摸而出现，这是因为与氢醌线之间的间距相比，手指具有非常大的接触区域。手指的触摸有效地产生了面积积分，这导致任何可能的波动将通过来自于手指触摸区域内的不同位置处的贡献抵消。

非平行网格

对于其中未直线排列的行和列不是严格地平行和/或未彼此相交90度的角度的应用，UnMousePad传感器的原理是可应用的。例如，UnMousePad传感器网格可不断扭曲以使它填充圆(如图43至图49所示)。可选择地，圆形传感器可通过给传感器的一侧提供以径向地方式从中心向外延伸的导线并且给传感器的另一侧提供形成同心环的线的方式产生(如图43所示)。UnMousePad传感器也可为扭曲网格。例如，当被用于鞋时，网格可在中心处被压扁(位于足弓的下方)，同时网格可在顶部处被扭曲以匹配脚趾的倾斜。氢醌导体可按照与具有规则网格的UnMousePad传感器相同的方式被放置在电极之间。

通过在不损坏传感器的情况下调整部件的方式可对传感器的进行连接。

图43示出了用于通过对网格扭曲制成的圆形UnMousePad的垂直电极的布局。这些导线绕着边缘以将电极连接于总线(在右下侧是可见的)，其中可对电路的进行电连接。

图44示出了用于通过对网格扭曲制成的圆形UnMousePad的水平电极的布局。这些导线绕着边缘以将电极连接于总线(在右下侧是可见的)，其中可对电路的进行电连接。

图45示出了用于通过对网格扭曲制成的圆形UnMousePad的垂直电极和氢醌线的布局。导线绕着边缘以将电极连接于总线(在右下侧是可见的)，其中可对电路的进行电连接。

图46示出了用于通过对网格扭曲制成的圆形UnMousePad的水平电极和氢醌线的布局。导线绕着边缘以将电极连接于总线(在右下侧是可见的)，其中可对电路的进行电连接。

图47示出了圆形UnMousePad的布局，其显示了顶部传感器层和底部传感器层上的径向电极和同心圆形电极。

图48示出了圆形UnMousePad的布局，其显示了顶部传感器层和底部传感器层上的径向电极和同心圆形电极以及氢醌线。

图49是脚传感器网格的图像(不存在氢醌电极)，其具有覆盖在彼此顶部上的列电极和行电极。列电极可利用实线绘制，而行电极可利用虚线绘制。网格具有8x10的分辨率。它以这种方式被扭曲以匹配脚的自然形状，从而使它可被用作鞋垫。连接于电子装置的导线未被示出。在实际的实施方式中，来自于行和列的导线可延伸至足弓下方的可嵌入微控制器的区域。

更多的UNMOUSEPAD使用

UnMousePad可被放置在滑板或平衡板上以检测人的位置和平衡。这些设备可被用于如运动员训练或给视频游戏提供输入等稳定用途。这些设备也可被用于移动动力车，这些车在计算机控制下移动以响应于用户的脚的压力中的微小变化，并且也可像赛格威(segway)一样主动帮助平衡用户。

UnMousePad可被用作机器人的衣服(例如：钢铁侠的衣服)的内衬的一部分。这将允许衣服检测由衣服的穿用者施加于它的力，从而使衣服中的制动器/伺服系统按照穿用者期望的速率和力移动以匹配穿用者的期望位置。

UnMousePad可被用于产生机器人皮肤。机器人可被涂覆有在不同的位置处具有不同的分辨率的UnMousePad。例如，指尖可被涂上非常高分辨率的UnMousePad，而手臂可被涂上非常低分辨率的UnMousePad，从而模仿在人体的不同位置处的人的皮肤的变化的分辨率特征。

如上所述，UnMousePad可在高尔夫球杆和网球球拍上被使用。更具体地，它可被放置在运动器械的表面，运动员、球或其它对象通过这些表面与运动器械接触。例如，UnMousePad传感器可被放置在高尔夫球杆的表面上并且绕着手柄。然后，该结构中的传感器可被用于通过给他们提供反馈的方式改善运动员的表现。该反馈可包括这样的信息，如：杆表面的哪个部位正在击球、杆表面正在以什么速度击球、运动员是否斜击球以及斜击的方向和量。杆手柄周围的传感器可告知运动员他们握杆的位置和程度、在撞击的任何时候杆是否滑动或松动、以及在作用期间传递至运动员的手的力的大小。对于涂覆有UnMousePad传感器的其它运动仪器，相似的信息可被记录。除了仅被用于改善运动员的表现以外，该信息还可被用于记录和给运动赛事的观众或特殊运动的球迷播放统计且有趣的信息。

键盘：UnMousePad可用作常规的QWERTY或DVORAK键盘。软键盘的基键行可基于用户手掌的位置(假设用户正在将他们的手掌放置在传感器上)被指示给计算机软件。因此，可使虚拟键盘与用户的手的位置一起移动，以允许用户获取舒适的打字位置，从而手被放置在相距舒适的距离处。因为用户的双手是独立的，因此键盘也可被分为两半，其中每一半相对于双手被单独地定位。在UnMousePad中包含显示设备的情况下，虚拟键盘的两半可被显示在屏幕上或者直接显示在UnMousePad的表面上。通过将用户手掌的位置和手指接触的位置显示在显示屏上，用户可在用户打字的位置处获得可视反馈，该显示屏显示了两个一半虚拟键盘的图像。因为键盘是虚拟的，因此其布局可被调整以适应各个用户偏好/需要。用户可通过手势开始打字模式，例如，以击鼓手势将手掌和指尖向下放置在UnMousePad上(将每个指尖连续地放置在UnMousePad上)。键盘打字模式可利用另一种手势被停用，例如：整个左手或右手的轻弹手势，以指示用户希望弹去键盘。

可选择地，触觉覆盖物(由硅橡胶、蚀刻的玻璃、模压的塑料或其它成形材料制成)可被放置在UnMousePad上以提供实际键盘布局。

尽管为了说明的目的，本发明已经在前面的实施方式中进行了详细地描述，但是将理解到，这些细节仅用于该目的，并且除了如可能由下面的权利要求所述以外，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可对它们进行改变。

附录

参考文献，所有这些参考文献都通过引用被并入本文。

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Claims (24)

1.一种用于给处理器提供输入的设备，该设备包括：

传感器垫，该传感器垫具有表面和用于感测所述表面处的压力并且产生对应于在所述表面处的压力的信号的传感器阵列，所述传感器阵列具有填充以电阻材料的覆墨的电极列和电极行，所述覆墨被应用到所述传感器阵列以填充在所述电极列和电极行之间的空间中且用作所述电极之间的线性电阻，并且测量所述电极之间的垫表面上的压力；和

与所述传感器垫接触并且与所述传感器阵列进行通信的接口，所述接口耦合到所述处理器以将所述信号传递至所述处理器。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述垫是便携式的。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述接口被配置为利用USB电缆耦合。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述阵列检测在所述表面上的多个同时接触点。

5.根据权利要求4所述的设备，其包括与所述处理器进行通信并且在屏幕上显示信号的显示器。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述电极至少间隔1/8英寸。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述电阻材料具有随着压力变化的电导率。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述传感器垫具有包括列电极的第一传感器层和包括行电极的第二传感器层。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述垫具有被置于所述第一传感器层和所述第二传感器层之间的包括间隙的间隔物。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述垫通过检测所述第一传感器层和所述第二传感器层触摸的区域附近的行和列的交叉点处的电压，感测在所述表面处的压力。

11.根据权利要求10所述的设备，其中每当所述处理器对所述垫进行扫描时，通过以每次一行的方式将正电压施加于每一行并且然后以每次一列的方式读取每一列的电压值，所述表面上的所有点处的压力被测量。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述垫以跟踪板的方式工作。

13.根据权利要求11所述的设备，其中所述垫作为书写板来工作。

14.根据权利要求11所述的设备，其中所述垫检测施加于所述表面的所述压力的相应形态。

15.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器垫测量在邻接触摸点的两个电极列和邻接触摸点的两个电极行之间的在所述表面上的任意所述触摸点的相称位置。

16.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器垫包括放置在至少两个电极行和两个电极列之间的至少一个氢醌电极。

17.根据权利要求1所述的设备，其中所述电极列和电极行的间距大于单个电极的宽度。

18.一种传感器垫，包括：

表面；和

用于感测所述表面处的压力并且产生对应于在所述表面处的压力的信号的传感器阵列，所述传感器阵列具有填充以电阻材料的覆墨的电极列和电极行，所述覆墨被应用到所述传感器阵列以填充在所述电极列和电极行之间的空间中。

19.一种用于给处理器提供输入的设备，包括：

传感器垫，该传感器垫具有表面和用于感测所述表面处的压力并且产生对应于所述表面处的压力的信号的装置，该感测装置具有填充以电阻材料的覆墨的电极列和电极行，所述覆墨被应用到所述传感器阵列以填充在所述电极列和电极行之间的空间中；和

与所述传感器垫接触并且与所述传感器阵列进行通信的接口，所述接口耦合到所述处理器以将所述信号传递至所述处理器。

20.根据权利要求19所述的设备，其中所述垫检测对所述表面的多个同时接触。

21.根据权利要求20所述的设备，其中所述垫不具有电路。

22.一种用于给处理器提供输入的方法，包括以下步骤：

利用具有表面和用于感测所述表面处的压力的传感器阵列的传感器垫来感测压力；

利用传感器阵列产生对应于所述表面处的压力的信号，所述传感器阵列具有填充以电阻材料的覆墨的电极列和电极行，所述覆墨被应用到所述传感器阵列以填充在所述电极列和电极行之间的空间中且用作所述电极之间的线性电阻，并且测量所述电极之间的垫表面上的压力；和

利用与所述传感器垫接触并且与所述传感器阵列进行通信的接口将所述信号传递至所述处理器，所述接口耦合到所述处理器。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述产生步骤包括每当所述处理器对所述垫进行扫描时，通过以每次一行的方式将正电压施加于每一行并且然后以每次一列的方式读取每一列的电压值，测量所述表面上的所有点处的压力的步骤。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述测量步骤包括测量对所述表面的多个同时接触的步骤。